Nhà sưu tập nghiệp dư Francis Tully đã tìm ra những hóa thạch đầu tiên năm 1955 trong một tầng hóa thạch tên Mazon Creek. Ông đưa hóa thạch của sinh vật lạ này đến Bảo tàng Khoa học Tự nhiên Field, song các nhà cổ sinh học cũng chẳng rõ Tullimonstrum thuộc ngành động vật nào.[5] Sinh vật trong các mẫu hóa thạch này sau đó được đặt tên Tullimonstrum gregarium, trong đó, tên chi Tullimonstrum được đặt ra để vinh danh Tully,[1] còn tên loài, gregarium, có nghĩa là "thông thường".[6] Từ monstrum ("quái vật") chỉ bề ngoài kì lạ và cơ thể dị thường của chúng.

Sinh vật này vẫn là một khúc mắc trong giới phân loại học, và từng được cho là liên quan đến giun, động vật thân mềm, động vật chân khớp, conodonta,[7] hay động vật có xương sống.[3][8] Các học giả cũng đã ghi nhận những tương đồng giữa Tullimonstrum với hóa thạch cùng thời kỳ. Chen và đồng nghiệp chỉ ra sự tương đồng với Vetustovermis planus.[9] Những người khác lại chỉ ra nét giống nhau giữa Tullimonstrum và Opabinia regalis,[10] dù Cave và đồng nghiệp cho rằng hình thái học giữa chúng quá khác biệt để có quan hệ gần.[11]