Plezjozaury występowały na Ziemi w okresie od około 240 do 65 milionów lat temu, czyli w epoce wczesnej jury lub nawet górnego triasu.
Kości plezjozaurów oraz inne pozostałości znajdowano we wszystkich regionach świata. Pierwsze odkrycie paleontologiczne, świadczące o istnieniu tych zwierząt, nastąpiło w 1821 roku.
Plezjozaury miały od 2 do 20 metrów długości, korpulentne ciało, cztery płetwy, które składały się z pięciu palców, przypominających paliczki oraz krótki ogon. W zależności od ich wielkości, waga plezjozaurów wynosiła od 10 do nawet 20 ton.
Żywiły się amonitami, belemnitami oraz większymi morskimi organizmami, co można łatwo wywnioskować z odnalezionych sfosylizowanych szczątków.
Różnorodność uzębienia plezjozaurów świadczy o różnych trybach życia – niektóre gatunki przeczesywały dno morskie w poszukiwaniu niewielkich bezkręgowców, podczas gdy inni przedstawiciele atakowali ryby i ówczesne głowonogi.
Przeprowadzone badania sugerują, że plezjozaury były w stanie utrzymywać wysoką i stałą temperaturę ciała w ekosystemach oceanicznych od tropików do wód chłodnych.
Szacowana temperatura ciała, wynosząca 35–39 °C, sugeruje wysokie tempo przemiany materii, wymagane do drapieżnictwa i szybkiego przemierzania dużych terenów.