En general, el cráneo se parecía al del Camarasaurus, pero era más delgado y largo.[3] La mandíbula inferior estaba abierta en la parte delantera, sínfisis, relativamente bajo y mostró el lado de una pequeña abertura, fenestra mandibular externa, esta apertura estaba cerrada en todos los otros saurópodos excepto Shunosaurus.Sin embargo, un estudio biomecánico reciente señala que el cuello estaba demasiado inmóvil para erigir debido a las costillas cervicales muy largas, a diferencia de los diplodócidos, cuyo cuello eran significativamente más móvil y posiblemente podría elevarse.[6][2] En otras características, la columna vertebral se parecía a la de los diplodócidos por lo tanto, los procesos espinosos eran bifurcados en las vértebras cervicales y anteriores del tórax.El fósil esqueleto parcial fue estudiado y nombrado Mamenchisaurus constructus en 1954, por el renombrado paleontólogo chino Profesor C. C.[8] El espécimen tipo tenía un cuello incompleto con 14 vértebras preservadas y ninguna de ellas estaba completa.Un problema en los moldes fue que las vértebras cervicales del holotipo no estaban separadas entre sí.Tenía el cráneo, la cintura escapular y el material de las extremidades anteriores conservados, todos los cuales faltaban en el holotipo .Se cree que estos podrían ser un arma, como un palo de cola o un órgano sensorial.[11][12] Una tercera especie, Mamenchisaurus sinocanadorum fue descrita en 1993, se conoce por restos provenientes del Bajio Junggar, Formación Shishugou,[13] y esta especie poseía las costillas cervicales más largas descritas en un dinosaurio saurópodo, midiendo 4,1 metros.El holotipo es el espécimen ZDM 0083, es un esqueleto con cráneo descubierto por Song Renfa en diciembre de 1988, que se encontró particularmente completo y articulado, excavado en Xinmin en Sichuan y también se encontraron huellas en el esqueleto.[17] En 2005 Zhang & Chen nombran una nueva especie del género cercano Omeisaurus como Omeisaurus gonjianensis, pero al año siguiente los mismos autores colocan los restos dentro de Mamenchisaurus, erigiendo la sexta especie del género recombinandola como Mamenchisaurus gongjianensis.[19] El nombre ya se mencionó en 1996, pero siguió siendo un nomen nudum debido a una descripción insuficiente.[20] Una especie problemática es Mamenchisaurus fuxiensis descrita por Hou, Zhao & Chao en 1976 originalmente como un género separado Zigongosaurus.El hecho de que se conozca el tipo por restos relativamente pobres es un obstáculo para resolver este problema.Yang colocó en 1954 a Mamenchisaurus como miembro de Sauropoda pero no lo ubicó en una familia.[27] En 1983, Zhao Xijin lo colocó en la Homalosauropodoidea, pero ese es un concepto que es de poca utilidad según las ideas actuales.A menudo, Mamenchisaurus se agrupa junto con formas que probablemente estén estrechamente relacionadas dentro de Mamenchisauridae .Sin embargo, qué género, además de Mamenchisaurus, debe asignarse a este grupo, es controvertido, pero a menudo los géneros Chuanjiesaurus , Eomamenchisaurus , Tienshanosaurus , Tonganosaurus , Omeisaurus y Yuanmousaurus se incluyen en este grupo.Shunosaurus Barapasaurus Patagosaurus Omeisaurus Mamenchisaurus Cetiosaurus Jobaria Haplocanthosaurus Limaysaurus Nigersaurus Amargasaurus Dicraeosaurus Apatosaurus Brontosaurus Barosaurus Diplodocus Camarasaurus Brachiosaurus Phuwiangosaurus Malawisaurus Rapetosaurus Isisaurus Opisthocoelicaudia Saltasaurus Todas las especies de Mamenchisaurus eran herbívoros.Sin embargo, Christian no concluyó que M. youngi a menudo sostenía el cuello verticalmente.Le parecía poco probable que las vértebras cervicales se mantuvieran típicamente en una posición muy extrema.Incluso al caminar, el cuello se habría mantenido en gran medida horizontal para mejorar la estabilidad.[30] En 1992, Cristopher Daniels y Jonathan Pratt concluyeron que un animal con el tamaño y la longitud del cuello de Mamenchisaurus no podría haber tenido un sistema respiratorio como el de un mamífero, con los pulmones actuando como un fuelle, incluso un Mamenchisaurus de sangre fría entraría insuficiente aire fresco en sus pulmones para entregar el oxígeno por bajo nivel metabólico.