Chiếc cổ dài là đặc điểm nhận dạng đặc biệt của khủng long Mamenchisaurus do chúng có cổ dài bằng hai phần ba đến một nửa chiều dài cơ thể. Cổ khủng long Mamenchisaurus do 19 đốt sống cổ hợp thành, trong đó đốt dài nhất có kích thước hơn 2 mét. Các đốt xương được liên kết cứng với nhau, bởi vậy cổ chúng không linh hoạt, cử động chậm chạp và khó khăn. Theo sự suy đoán của các nhà khoa học, cơ cổ của loài khủng long này tương đối phát triển, nếu không sẽ không thể nâng đỡ nổi chiếc cổ dài như thế. Cái cổ siêu dài giúp Mamenchisaurus vươn đầu vào giữa những tán cây rậm rạp để ăn cây bụi tầng thấp trong rừng cây thân gỗ nhưng đồng thời cũng gây bất lợi cho chúng, nhất là khi di chuyển trong rừng cây và cử động cổ. Các đốt sống rất mỏng và nhẹ, hình thành từ các thanh và tấm xương mảnh, khá giống với nhóm diplodocid tiến hóa sau. Tuy nhiên, sọ ngắn và sâu của nó cho thấy chi khủng long này thuộc nhóm euhelopid nguyên thủy hơn,