I primi sauropterigiani apparvero circa 245 milioni di anni fa (Ma), all'inizio del periodo Triassico: il primo sauropterigiano definitivo con un dato stratigrafico esatto si trova all'interno della divisione Spatiana dell'era Olenekiana nel sud della Cina. I primi esempi erano piccoli (circa 60 cm), animali semi-acquatici simili a lucertole con arti lunghi (pachypleurosauri), ma sono cresciuti rapidamente fino a raggiungere diversi metri di lunghezza e si sono diffusi in acque poco profonde (nothosauri). L'evento di estinzione Triassico-Giurassico li ha spazzati via tutti tranne i plesiosauri. Durante il Giurassico iniziale, questi si sono rapidamente diversificati in plesiosauri a testa lunga e plesiosauri a testa corta.
plesiosauri a collo lungo a testa piccola propri, e pliosauri a collo corto a testa grande