1893年，在中亚考察之行中，著名地质学家奥勃鲁契夫来到二连盐池，首次发现恐龙化石。1922年，美国纽约自然博物馆成立的“中亚考察团”在二连进行考察发掘，首次发现了恐龙蛋化石，拉开了二连恐龙动物群研究的序幕。近百年来，先后有俄、美、瑞典、前苏联、加拿大、日本、比利时、意大利等国的古生物学家来二连进行科学考察，发现了大量的恐龙化石，取得了重要研究成果。二连盆地的恐龙化石生物群是晚白垩纪恐龙生物群的代表，恐龙化石种类多、分布广、保存完好，反映了晚白垩纪恐龙生物群的主要特征。

从1893年到现在，二连浩特陆续发现恐龙化石10余属种，主要有蜥脚类、兽脚类、鸟脚类等。所发现的恐龙化石以植食性种类居多，包括蜥臀目、鸟臀目和镰刀龙目，主要代表有古似鸟龙、似鸡龙、阿莱龙、鹰龙、姜氏巴克龙、锡林郭勒计尔摩龙、甲龙、杨氏内蒙古龙、美掌二连龙等。特别是2005年发现的世界最大的窃蛋龙类恐龙――二连巨盗龙，长近8米，高5.5米，改变了科学界对于恐龙向鸟类演化的传统理论，为中国古生物界研究鸟类起源作出了巨大贡献。二连巨盗龙的发现被美国《时代》周刊评选为2007年度“十大科学发现”之一。2008年获得吉尼斯世界纪录证书。