Die „Biographie" des Megalosaurus-Fossils ist nahezu lückenlos dokumentiert und liest sich wie eine Kulturgeschichte der Paläontologie. 1676 beschrieb Robert Plot ein distales Femur-Fragment aus den Steinbrüchen bei Cornwell, Oxfordshire, und hielt es für den Knochen eines biblischen Riesen – die erste publizierte Illustration eines Dinosaurierknochens überhaupt (Plot 1677, Natural History of Oxfordshire). 1763 reproduzierte Richard Brookes die Abbildung und untertitelte sie „Scrotum Humanum" – eine Anspielung auf die Form des Knochenendes. Obwohl dieser Name theoretisch Priorität hätte, wurde er nie als valide taxonomische Benennung anerkannt: 1993 wies ICZN-Sekretär Tubbs eine entsprechende Petition ab, da Brookes keine taxonomische Absicht verfolgt hatte.
Bucklands Benennung 1824 (Trans. Geol. Soc. London, ser. 2, vol. 1: 390–396) markierte den Beginn der Dinosaurierforschung. 1842 nutzte Owen Megalosaurus als eines von drei Tieren, um die Dinosauria zu definieren. 1854 erschuf Benjamin Waterhouse Hawkins unter Owens Leitung die berühmten Crystal-Palace-Skulpturen in Sydenham – Megalosaurus wurde dabei als vierbeiniges, eidechsenartiges Tier mit Rückenhöcker dargestellt. Nach heutigem Wissen ist diese Darstellung in praktisch jedem Detail falsch: Megalosaurus war bipedal, hatte keinen Buckel (die betreffenden Wirbel gehören wahrscheinlich zu Altispinax dunkeri), und sein Schwanz wurde horizontal getragen, nicht am Boden geschleift.
Im Laufe des 20. Jahrhunderts degenerierte Megalosaurus zum taxonomischen „Papierkorb": Bis zu 48 Arten wurden der Gattung zugeschrieben, die meisten auf Basis undiagnostizierbarer Fragmente. Erst Benson, Barrett, Powell & Norman (2008, Palaeontology 51(2): 419–424) konnten zeigen, dass der Lectotyp (rechtes Dentale, OUM J13505) anhand einer einzigartigen Merkmalskombination diagnostizierbar ist. Bensons umfassende Neubeschreibung (2010) verankerte M. bucklandii als valides Taxon innerhalb der Megalosaurinae, als Schwestergruppe von Torvosaurus. 2024 – zum 200. Jubiläum – krönte die Entdeckung der Dewars Farm „Dinosaur Highway" mit rund 200 Fußabdrücken, darunter wahrscheinlich Megalosaurus-Spuren, die Forschungsgeschichte.