Os primeiros sauropterxianos apareceron hai uns 245 millóns de anos (Ma), ao comezo do período Triásico: o primeiro sauropterxiano definido con dato estratigráfico exacto atópase dentro da división de Spathian da era Olenekian no sur de China. Os primeiros exemplos eran pequenos (aproximadamente 60 cm), animais semiacuáticos semellantes a lagartos con extremidades longas (pachypleurosaurs), pero rapidamente medraron a varios metros de longo e espalláronse en augas pouco profundas (nothosaurs). O evento de extinción Triásico-Xurásico eliminou a todos eles agás os plesiosauros. Durante o Xurásico temperán, estes diversificáronse rapidamente tanto en plesiosauros de pescozo pequeno de pescozo longo, como en grandes plesiosauros de pescozo curto.
plesiosaurios de pescozo longo de cabezas pequenas propiamente ditos e pliosaurios de pescozo curto de cabezas grandes