Mucha gente que ve el sudario se sorprende de la corrección anatómica que ofrece la imagen del Hombre del Sudario, cuya apariencia es a menudo descrita como tridimensional. Algunos concluyen que no puede ser un fraude medieval, puesto que la simulación de la perspectiva en dos dimensiones no fue desarrollada hasta más tarde. Los críticos destacan lo mucho que mejoraron los artistas en los inicios del Renacimiento. También se pueden encontrar murales con una perspectiva perfecta en las ruinas de Pompeya. Se demuestra así que, aunque este arte pudo perderse o abandonarse durante largo tiempo, el conocimiento de la perspectiva data de mucho antes de la Edad Media.
Como representación de Jesús, la imagen del sudario coincide con la de la iconografía cristiana a lo largo de su historia. Por ejemplo, la imagen del Pantocrátor en Daphni (Atenas) se le parece asombrosamente. Los críticos atribuyen el parecido a que estos iconos se realizaron teniendo a su disposición la Imagen de Edessa, mientras que las posteriores obras (incluyendo el Sudario) habrían copiado de allí el aspecto de Jesús.
En su contra se expone que las perforaciones en las muñecas del hombre del sudario no se corresponden con las interpretaciones artísticas de la crucifixión de hasta tiempos muy recientes. De hecho, fue considerada un fraude en el siglo XIV por este mismo motivo, ya que la Biblia Vulgata dice que los clavos habían sido colocados en las palmas de Jesús, y el arte medieval sitúa las heridas invariablemente en las manos.
Las traducciones recientes de la Biblia consideran esto como un error de traducción del griego en los Evangelios. Además, la ciencia médica moderna ha desvelado que los huesos metacarpianos no son capaces de aguantar el peso de un cuerpo crucificado y que, contrariamente a la creencia universal en el siglo XIV, los clavos tenían que haber sido colocados en las muñecas de la víctima, como aparece en el Sudario.
En humanos actuales, la distancia entre ojos y coronilla es prácticamente la misma que la que dista entre los ojos y la barbilla: los ojos están casi a mitad de cara. En el Sudario de Turín, por otro lado, la proporción entre la mitad superior y la inferior de la cara es casi de 1 a 3. Se han dado cuatro posibles explicaciones a esto:
- El proceso de impresión alteró de algún modo la perspectiva, de forma que la mandíbula, nariz y boca se vean más grandes, y la frente se vea reducida.
- La interpretación y medida de las proporciones de la imagen del sudario pueden ser imprecisas.
- Jesús poseía una deformación craneana muy por encima de lo habitual en personas modernas y registros fósiles.
- La sábana es un fraude realizado por alguien con un conocimiento superficial de la anatomía facial humana. Hay que indicar que reducir la frente y alargar la parte inferior de la cara es un error muy común en artistas con poca experiencia; es también una faceta característica del arte medieval y de principios del Renacimiento. Lo que se contradice con el perfecto conocimiento anatómico que se demuestra en el resto del cuerpo (que sería reproducido por el hipotético pintor).