Hóa thạch của Mamenchisaurus lần đầu tiên được phát hiện vào năm 1952 trên địa điểm xây dựng của đường cao tốc Yitang tại khu vực Nghị Binh thuộc tỉnh Tứ Xuyên, Trung Quốc bởi giáo sư Dương Trung Kiến. Sau đó, một phần hóa thạch của bộ xương được nghiên cứu và được đặt tên là Mamenchisaurus constructus vào năm 1954 bởi chính vị giáo sư trên. Mẫu vật có một cổ không đầy đủ với 14 xương sống được bảo quản và không có gì trong số này hoàn chỉnh. M. constructus đã được ước tính có chiều dài khoảng 13–15 m (43–49 ft)[4][5].  

Năm 1972, một loài thứ hai đã được mô tả, tên là Mamenchisaurus hochuanensis, có cổ dài tới 9,3 m (31 ft)[6]. Loài này có cổ được bảo quản hoàn toàn, trong đó có 19 đốt sống[7]. Đây là cái cổ dài nhất được biết tới cho đến khi mô tả của Supersaurus, dựa trên một đốt sống cổ duy nhất là BYU 9024, với chiều dài cổ dài hơn được ước tính khoảng 14 m (46 ft). Một loài sauropoda khác có cổ dài hơn M. hochuanensis là Sauroposeidon đã được phát hiện vào năm 1994. Dựa trên nguyên mẫu của Sauroposeidon, chỉ giữ được 4 đốt sống cổ, cổ của nó được ước tính dài từ 11.25–12 m (36.9-39.4 ft)[8]. 

Năm 1993, M. sinocanadorum được mô tả, bao gồm các mảnh xương sọ và bốn đốt sống cổ tử cung đầu tiên. Loài này có xương sườn cổ tử cung dài nhất trong bất kỳ loài khủng long sauropoda nào đã được mô tả, có kích thước 4,1 m (13,5 ft). Nó dài hơn xương sườn cổ tử cung dài nhất của Sauroposeidon, có kích thước 3.42 m (11.2 ft)[9]. Bổ sung về loài còn lại được cho là thuộc về loài này, nhưng chưa được mô tả chính thức, thuộc về một trong những con khủng long lớn nhất được biết đến - bộ xương phục dựng dài tới 35 m (115 ft) với cái cổ có độ dài gần 17 m (56 ft)[4]. 

Năm 2001, một mẫu M. hochuanensis khác đã được mô tả. Nó có hộp sọ, vai ngực và xương chân được bảo quản, tất cả đều bị mất tích trong bản nguyên mẫu. Nó cũng được tìm thấy với bốn đốt sống đuôi hợp nhất, mở rộng nếp gấp thần kinh và gai thần kinh cao hơn, nằm ở đầu đuôi. Người ta cho rằng đây có thể là vũ khí, chẳng hạn như roi đuôi hoặc cơ quan cảm giác. Những con sauropod khác của Trung Quốc, Shunosaurus và Omeisaurus cũng được biết là có những cái đuôi dùng để tự vệ nhưng chúng khác nhau về hình dạng so với của M. hochuanensis[10][11].