玛丽·安宁发现了第一个蛇颈龙目化石(Plesiosaurus dolichodeirus),并成为典型化石。这个地区因为侏罗纪海岸,现在列为世界遗产。
1824年,康奈布卡第一次发表了产自英吉利海峡的侏罗纪蛇颈龙(Plesiosaurus)的研究。
在2002年发现了Monster of Aramberri。它其实是在1982年于墨西哥新莱昂州的Aramberri村发现,起初它被认为是恐龙。它其实是种非常大的蛇颈龙目,身长可能有15米(50呎)长。媒体报导时夸大为25米(80呎)长,重达150吨,可能是有史以来最大的掠食者。这个错误也存在于BBC的与恐龙共舞电视节目,并将它列为残酷滑齿龙。
在2004年,在英国布里奇沃特湾National Nature Reserve,一个当地渔夫发现一个完整的末成年蛇颈龙目化石。这个化石年代约1亿8000万年前,身长约1.5米,同时还发现鹦鹉螺化石。这可能是目前所发现最完整的蛇颈龙目化石。
中国的蛇颈龙化石主要产自侏罗纪陆相地层。目前已研究发表的有威远中国上龙(Sinopliosaurus weiyuanensis)化石产自四川威远;扶绥中国上龙(Sinopliosaurus fusui-ensis)采自广西扶绥早白垩世的地层中;杨氏壁山上龙(Bishanopliosaurus youngi)发现于四川壁山早侏罗世地层中。
曾经在蛇颈龙目化石的胃部位置,发现鹦鹉螺与箭石化石。硬骨鱼在侏罗纪开始散布,可能也是它们的猎物。最近的证据显示有些蛇颈龙目可能是底层动物。