O primeiro fóssil de pterossauro foi descrito em 1784 pelo naturalista italiano Cosimo Collini, que os interpretou como sendo de um animal aquático. Somente em 1809 Georges Cuvier faria a correção ao trabalho de Collini, afirmando tratar-se de um réptil voador, cuja asa era uma membrana corporal em conexão com os dedos da pata anterior, característica esta, que fez Cuvier denomina-lo pterodáctilo (do grego ptero = asas e dáctilo = dedos)..

As asas dos pterossauros eram constituídas por membranas dérmicas, fortalecidas por fibras, ligadas a partir do quarto dedo, que era desproporcionalmente longo. O pulso contém um osso extra, o pteróide, que ajuda a suportar esta membrana. As asas dos pterossauros terminavam nos membros posteriores, ao contrário dos morcegos atuais, onde as asas são braços modificados. Outras adaptações para o vôo incluíam ossos ocos (como as aves modernas) e um esterno em forma de quilha, próprio para a fixação dos músculos usados no vôo. Os pterossauros não tinham penas, mas há evidências de que algumas espécies pudessem ter o corpo coberto de pêlos (no entanto, diferente do dos mamíferos). O estilo de vida destes animais sugere que fossem de sangue quente (endotérmicos). As primeiras espécies a surgir no registro fóssil tiveram mandíbulas totalmente dentadas e caudas longas, enquanto as formas posteriores tinham uma cauda altamente reduzida, e alguns não tinham dentes.