Pirmieji sauropterygijai su tiksliu stratigrafiniu datu yra Olenekijos eros Spatijos padalijime Pietų Kinijoje. Ankstyvieji pavyzdžiai buvo maži (apie 60 cm), pusiau vandeniniai varlingi gyvūnai su ilgais galūnėmis (pachypleurosaurai), tačiau jie greitai išaugo iki kelių metrų ilgio ir išplito į seklius vandenis (nothosauriai). Trias-Juras išnykimas išnaikino juos visus, išskyrus plesiosaurus. Ankstyvojo Juras laikotarpiu jie greitai diversifikuojosi į ilgai galvos mažų plesiosaurų ir trumpai galvos didelių plesiosaurų. Iš pradžių buvo manoma, kad plesiosaurai ir pliosaurai buvo dvi skirtingos šeimos su ilgais galūnėmis (pachypleurosauriai), tačiau dabar atrodo, kad jie buvo suskirstyti į dvi skirtingas grupes.
ilgai kakluoti smulkigalvi pleziozaurai ir trumpai kakluoti didelio galvos pliozaurai