Megacephalosaurus je vyhynulý rod pliosaura krátkokrkého, který obýval Západní vnitrozemské moře Severní Ameriky asi před 94 až 93 miliony let během turonské fáze pozdní křídy, obsahující jediný druh M. eulerti.
Jsou známy dva exempláře náležející k Megacephalosaurus. Oba představují fosilní lebky.
Jméno rodu znamená: ještěr velkohlavý. Je pojmenován po své velké hlavě, která je největší ze všech plesiosaurů na kontinentu a měří až 1,75 metru (5,7 ft) na délku. Megacephalosaurus byl jedním z největších mořských plazů své doby s odhadovanou délkou 6-9 metrů (20-30 ft). Jeho dlouhý čumák a trvale velké zuby naznačují, že dával přednost potravě pro menší kořist.
Počáteční identifikace jako Brachauchenius lucasi
První exemplář Megacephalosaura byl objeven dvěma dospívajícími bratry Frankem a Robertem Jennrichovými při sběru fosilních žraločích zubů poblíž Fairportu v Kansasu.
Pozůstatky představující pliosaura zahrnují dvě fosilní lebky, tři žebra a neurální oblouk. Fosilie byly nalezeny v nalezištích Carlile Shale a Greenhorn Limestone v Kansasu a jinde na středozápadě Spojených států. Poprvé byly objeveny v roce 1950, původně se mělo za to, že šlo o obří fosílie blízce příbuzného pliosaura známého jako Brachauchenius lucasi. Ale v roce 2013 paleontologové pochopili, že takové fosílie patřily odlišnému zvířeti. Megacephalosaurus patřil mezi poslední známé pliosaury.
Megacefalosaurus je člen podčeledi Brachaucheninae, která se skládá z pliosaurů, kteří jsou v současnosti známí pouze v období křídy.
Megacephalosaurus byl mezi posledními pliosaury.