Nhà nhiếp ảnh J.B. Shackelford đã phát hiện mẫu vật đầu tiên của Protoceratops trong sa mạc Gobi (tại Cam Túc và Nội Mông Cổ), như một phần của chuyến thám hiểm năm 1922 của người Mỹ nhằm tìm kiếm các tổ tiên của loài người. Mặc dù không tìm thấy bất kỳ hóa thạch người cổ đại nào nhưng đoàn thám hiểm, do Roy Chapman Andrews chỉ huy, đã thu thập được nhiều mẫu vật của chi Protoceratops, cùng với các bộ xương hóa thạch của các chi khủng long chân thú như Velociraptor, Oviraptor và của chi Psittacosaurus thuộc nhóm khủng long sừng[3].

Walter Granger và W.K. Gregory miêu tả chính thức loài điển hình (P. andrewsi) năm 1923, một tên gọi để ghi công Roy Chapman Andrews. Các hóa thạch này có niên đại từ tầng Champagne thuộc thống Thượng Creta (83,5 tới 70,6 Ma). Các nhà nghiên cứu ngay lập tức nhận thấy tầm quan trọng của các phát hiện về Protoceratops, và chi này đã được coi như là "tổ tiên tìm kiếm từ lâu của Triceratops"[3]. Các hóa thạch này ở tình trạng được bảo tồn tốt, với ngay cả các vòng màng cứng (các xương nhỏ trong mắt một số nhóm động vật) còn được bảo tồn ở một số mẫu vật[3].

Năm 1971, một hóa thạch được tìm thấy cho thấy một con Velociraptor đang báng lấy một con Protoceratops tại Mông Cổ. Người ta tin rằng chúng chết cùng một lúc trong khi đang đánh nhau, do bị bão cát hay các cồn cát đổ sập xuống và vùi lấp chúng[5]

Năm 1975, các nhà cổ sinh vật học người Ba Lan là Teresa Maryanska và Halszka Osmólska đã miêu tả loài thứ hai của chi Protoceratops, từ tầng Champagne tại Mông Cổ và họ đặt tên cho nó là P. kozlowskii[6]. Tuy nhiên, các hóa thạch lại bao gồm các phần sót lại của một con non chưa phát triển đầy đủ và hiện nay nó được coi là từ đồng nghĩa của Bagaceratops rozhdestvenskyi[7].

Năm 2001, loài hợp lệ thứ hai, P. hellenikorhinus, đã được đặt tên cho hóa thạch từ thành hệ Bayan Mandahu tại Nội Mông Cổ, Trung Quốcvà cũng có niên đại từ tầng Champagne của thống Thượng Creta. Nó lớn hơn đáng kể so với P. andrewsi, có diềm xếp nếp khác biệt một chút và có các sừng gò má to khỏe hơn. Cung xương phía trên các lỗ mũi của nó có 2 sừng mũi nhỏ và nó không có răng tại phần trước của mõm[8].