Fragmenty čelisti Gnathosaurus byly poprvé objeveny v roce 1832 v Solnhofenských vápencích v jižním Německu, ale Georg zu Münster je zaměnil za kus čelisti krokodýla teleosaurida, který v tomto roce poprvé pojmenoval druh Crocodilus multidens. Brzy poté Hermann von Meyer klasifikoval stejný exemplář jako nový rod a druh Gnathosaurus subulatus, což je jméno, které se začalo všeobecně používat krátce poté. V 60. letech 19. století vědci jako Albert Oppel přirovnali fragment čelisti G. subulatus k současným pterosaurům jako Pterodactylus a Ctenochasma a došli k závěru, že to byl pravděpodobně také „létající plaz“ spíše než krokodýl. Kompletnější lebka dospělého pterosaura byla nalezena v roce 1951 a klasifikována jako Gnathosaurus subulatus. Tato štíhlá, 28 centimetrů dlouhá lebka měla až 130 jehlovitých zubů uspořádaných kolem strany špičky ve tvaru lžíce. Exemplář měl odhadované rozpětí křídel asi 1,7 metru (5,6 ft).
Možné nedospělé exempláře G. subulatus mohou být známy z několika kompletních koster, které byly dříve klasifikovány jako samostatný druh Pterodactylus micronyx. Tyto exempláře byly také označovány jako rod Aurorazhdarcho, který může být sám synonymem Gnathosaurus. Protože je však Gnathosaurus subulatus v současnosti znám pouze z lebek a čelistí a dospělý Aurorazhdarcho micronyx známý pouze z kostry lakující lebku, nemohou být tyto dva s jistotou označovány za stejný druh.
Další velký exemplář, původně pojmenovaný Pterodactylus macrurus, je známý z anglického útvaru Purbeck Limestone. Zastoupený pouze částečným spodním čelistním a krčním obratlem, byl od té doby považován za bližšího Gnathosaurovi a jeho binomie byla změněna na G. macrurus.