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由已发现的原始剑龙，以及剑龙祖先的遗骸仍然很少，因此剑龙的起源目前尚未明了。在莫里逊组下层存在一些属于剑龙科的化石，年代比剑龙属的生存时间早了数百万年。这些遗骸与类似的西龙属（Hesperosaurus）化石都出现在启莫里阶。最早的剑龙科化石是勒苏维斯龙（Lexovisaurus），它们出现在英国与法国的牛津黏土组（Oxford Clay Formation），时代是卡 洛维阶（Callovian）的早期至中期。
较早且较为原始的华阳龙属（Huayangosaurus），是华阳龙科中的唯一属，出现在侏罗纪中期的中国，时间大约是1亿6千5百万年前，比剑龙属早了大约2千万年。更早则还有生活在侏罗纪早期，约1亿9千万年前的棱背龙（Scelidosaurus），这种恐龙同时具有甲龙类与剑龙类的特征。德国出土的剑龙属实际上拥有17块板状物与4根土的莫阿大学龙（Emausaurus）是一种小型四足类恐龙；而美国亚历桑那所发现的小盾龙（Scutellosaurus），年代更早，而且拥有非绝对的双足行动能力。这些体型较小、装甲较轻的恐龙，同时与剑龙类及甲龙类有密切的亲源关系。此外在法国，有一个可能是早期装甲恐龙所留下的足迹，年代大约是1亿9千5百万年前。
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剑龙最早为奥斯尼尔·查尔斯·马许在1877年所命名；在19世纪后期，马许与另一位考古学家爱德华·德林克·科普之间有俗称为“骨头大战”（Bone Wars）的竞争，而剑龙是首先被收集与描述的众多恐龙之一。化石的发现地点是莫里逊组的北部，这些最早出土的化石成为了装甲剑龙（Stegosaurus armatus）的正模式标本（holotype）。剑龙属名“Stegosaurus”的意义，源自“有屋顶的蜥蜴”，这是因为马许一开始以为剑龙身上的板状构造，是有如屋瓦一般地覆盖在整个背上。几年之后，又有许多较完整的化石出土，而马许也发表了几篇关于剑龙属的论文。他描述、命名了许多的物种，但是其中有许多尚未获得公认，有些可能是无效名称，或是现有种的同物异名。现存公认的三个物种当中，有两种的研究较多，另一种的研究较少。
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世界上的古生物学家对剑龙的研究已有100多年的历史，其间人们发现的剑龙化石大多支离破碎。1886年，一具完美的剑龙头骨骨架化石，在美国科罗拉多州被发现。此后，剑龙完整的骨架一直没有“浮出水面”。1980年，四川省自贡市大山铺发现了一种名叫“太白华阳龙”的剑龙，除几具骨架外，还包括两个完好的头骨。华阳龙的问世，意义深远。过去，人们都认为欧洲是剑龙的故乡，后来才移居到美洲、亚洲和非洲。华阳龙标本的发现，改变了许多古生物学家的看法，他们开始相信，剑龙的起源中心应该在亚洲，因为我国四川的华阳龙是在侏罗纪中期地层中发现的，而其他各大洲可靠的剑龙化石都是在这以后的侏罗纪晚期地层中发现的。
剑龙的化石在欧洲、北美、东非及东亚都有发现。其中以亚洲发现最多，可视为其发祥地。而亚洲的剑龙大部分发现于我国，迄今已发现9个不同种类，占世界已知总数的一半，使中国成为世界上剑龙类化石蕴藏最丰富的国家，并代表了5个不同演化阶段的剑龙化石，尤其是早、中侏罗世原始类型在我国的发现，更为东亚是剑龙类的发祥地和最主要的演化中心的理论，提供了重要的化石依据。
自贡地区产出的剑龙化石有20余个个体化石材料，其中有6个完整程度不同的头骨，具有代表性的标本首推太白华阳龙、多棘沱江龙和四川巨棘龙。
2015年3月9日，美国发现世界最完整剑龙骨架：死时重1600公斤。
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装甲剑龙（Stegosaurus armatus）意思是“附装甲的有屋顶蜥蜴”，是最早发现的物种。这些发现包含了两具不完全的骨架，以及至少30件零碎的个体。这个物种拥有4支水平的的尾部尖刺，以及相对较小的板状物。另外其身长为9公尺，是剑龙属中最长的一种。
狭脸剑龙（Stegosaurus stenops）意思是「脸部狭窄的有屋顶蜥蜴」，是马许在1887年所命名[3]。其正模式标本是1886年，由马修·费克（Marshal Felch）收集于科罗拉多州甘农城（Cañon City）北方的的花园（Garden Park）中。此物种是剑龙属中受了解最多的一种，因为它的化石包括了至少一具完整骨架。它们拥有长且宽的板状物与4支尖刺，研究结果是来自至少50具不完整的幼体与成体骨架、一具完整骨架，以及至少4件不完整的颅骨。这个物种的身长较短装甲剑龙，约7公尺。
长刺剑龙（Stegosaurus longispinus）意思是「拥有长尖刺的有屋顶蜥蜴」，命名者是查尔斯·惠特尼·吉尔摩（Charles W. Gilmore）。发现于怀俄明州的莫里逊组，已知有一具不完整骨架。这个物种的特色在于4支较长的尖刺，有些人认为这个物种其实属于钉状龙属（Kentrosaurus）。身长与狭脸剑龙相同，为7公尺。
科摩崖Stegosaurus ungulatus：意思是“有蹄的有屋顶蜥蜴”（"hoofed roof lizard"），是马许在1879年所作的命名。遗骸出土于怀俄明州的科摩崖（Como Bluff），包括了少许的脊椎骨与骨板。这些化石可能是属于装甲剑龙的幼体，虽然装甲剑龙的原始化石已经有完整的描述了。在葡萄牙发现的一些标本，其地质时代为上启莫里阶至下提通阶，也已经归类到这个物种当中。
Stegosaurus sulcatus：意思是“有皱纹的有屋顶蜥蜴”（"furrowed roof lizard"），是马许在1887年根据一具不完整的骨架所作的命名。这个名称后来被认为是装甲剑龙的异名。
Stegosaurus duplex：意思是“双神经丛的有屋顶蜥蜴”（"two plexus roof lizard"），拥有较大的荐骨神经通道，马许称其为“后脑盒”。这种恐龙可能也可能是装甲剑龙。虽然是马许所命名，不过这些分散的骨头实际上是爱德华·爱胥黎（Edward Ashley）在1979年于科摩崖所收集。
丝莱氏剑龙（Stegosaurus seeleyanus）：原来的名称是Hypsirophus，可能也是属于装甲剑龙。
宽头剑龙（Stegosaurus laticeps）：是马许在1881年根据一些下颚骨碎片而描述，最初为Diracodon laticeps。有些人认为狭脸剑龙是Diracodon属的一个种；其他人则认为Diracodon事实上是剑龙属中的一种。在1986年，罗伯特·巴克再度使用D. laticeps之名称；但是其他人认为尚不能下定论，而且这个物种更可能是狭脸剑龙的异名。
Stegosaurus affinis：为马许在1881年根据一块耻骨而描述，是一个疑名。有可能是装甲剑龙的异名。
