Un giovane si trova al centro, il torso ruotato in una posa dinamica mentre impugna una spada con la mano destra e solleva una testa decapitata per i capelli con la sinistra. Il suo volto è illuminato da sinistra, rivelando una pelle liscia e tratti giovanili, mentre il suo sguardo si allontana dal trofeo macabro che espone. La tunica bianca della figura scivola da una spalla, esponendo il suo petto e braccio, e un sacchetto annodato pende dalla sua vita, reso con pieghe nette e un senso di peso.

La testa che tiene è quella di un uomo barbuto, con la bocca aperta e gli occhi semichiusi, con sangue visibile al collo, dipinta con un realismo sorprendente che contrasta con la calma giovanile del vincitore. Entrambe le figure emergono da uno sfondo profondo, quasi nero, la luce drammatica proietta forti ombre e mette in risalto i contorni dei muscoli, del tessuto e dei capelli. La composizione è strettamente focalizzata sulle due figure, con la spada che forma una diagonale nella parte superiore del dipinto e la testa posizionata appena sotto il braccio teso.

Caravaggio utilizza forti contrasti di luce e ombra, con pennellate morbide e controllate che conferiscono alla carne un lucido realismo e al tessuto una qualità tattile. Non ci sono figure o oggetti secondari visibili nella composizione a parte il giovane e la testa decapitata. Lo sfondo è un'estensione ininterrotta di nero profondo, senza dettagli riconoscibili o paesaggio.

Gli angoli in alto a sinistra e in basso a destra sono completamente scuri, fondendosi senza soluzione di continuità con le ombre dietro le figure. La luce cade più forte sulla spalla sinistra, sul petto e sul viso del giovane, creando un forte contrasto con l'oscurità che lo circonda. Toni caldi dorati e ocra dominano la pelle illuminata, mentre le ombre sono rese in marroni e neri più freschi e attenuati.

La vernice è applicata in modo uniforme nelle aree di carne, con transizioni sottili tra luce e ombra, mentre il bordo della tunica e del sacchetto mostrano pennellate più visibili e testurizzate. Davide con la testa di Golia è stato dipinto da Caravaggio intorno al 1600–1601 su un pannello di pioppo, un supporto insolito per lui. Si trova al Kunsthistorisches Museum di Vienna.