目前已發現的美頜龍標本是兩個接近完整的身體骨骼,一個標本是從德國發現,長約89公分,另一個標本則是從法國發現,長約125公分。德國標本(編號BSP AS I 563)是在1859年出土於巴伐利亞的索侯芬石灰岩層。索侯芬石灰岩層屬於提通階早期,曾發現了一些保存狀態完好的化石,例如有羽毛印痕的始祖鳥標本,一些翼龍目化石也有翼膜印痕。這個德國標本很可能來自於派恩滕組(Painten Formation),地質年代為啟莫里階最上層,約1億5080萬年前。其他的可能挖掘地點是Jachenhausen或高德堡(Goldberg),這兩地的地質年代都為提通階。在1859年,約翰·安德列亞斯·華格納(Johann A. Wagner)概略的描述這個標本,並命名為長足美頜龍(Compsognathus longipes)。之後在1861年才進行詳細的描述。接下來幾年,德國解剖學家卡爾·根格包爾(Karl Gegenbaur)、美國古動物學家愛德華·德林克·科普曾提出美頜龍、始祖鳥有類似處。 在1868年初,湯瑪斯·亨利·赫胥黎參考前述假設,比較美頜龍、始祖鳥的標本,赫胥黎發現兩者的差異只有手臂比例、有無羽毛,而推論美頜龍與始祖鳥是近親,而原始鳥類也與恐龍有親緣關係。而在1896年,奧塞內爾·查利斯·馬什確認這些美頜龍化石屬於恐龍。在1978年,約翰·奧斯特倫姆(John Ostrom)詳細的重新描述這個物種,令美頜龍成為當時最知名的小型獸腳亞目。德國標本目前在德國慕尼黑的巴伐利亞國家古生物和地質收藏館中展覽。
在19世紀發現的美頜龍德國標本,前肢只有二指,使科學家們以為它們就是這樣。但是,後來發現的法國標本顯示美頜龍的前肢是有三指的,類似其他美頜龍科。德國標本的手掌沒有在化石化過程中保存下來,更有研究認為法國標本的手掌是有蹼的。在1975年出版的書籍《The Evolution and Ecology of the Dinosaurs》,美頜龍被描繪成為兩棲的恐龍,能夠捕獵水中的獵物,及逃離巨大的捕獵動物。但是,奧斯特倫姆卻證實了法國標本與德國標本除了體型外,幾乎是完全一樣的,繼而推翻了這個假說。
在德國標本的附近發現了一些直徑約10公分的蛋。在1901年,德國古生物學家弗雷德里克·馮·休尼解釋這是骨化真皮。1993年的一個重新研究中,指出它們其實是未發展成熟的蛋。但是,後來的研究懷疑這些蛋是否屬於美頜龍屬,因為它們都是在體腔之外被發現。一個保存完好的中華龍鳥化石,在兩條輸卵管中有兩顆未生的蛋。由於中華龍鳥的蛋數量少,與標本的比例較大,使科學家更質疑這些蛋是否屬於美頜龍屬。在1964年,德國地質學家Karl Werner Barthel提出這個圓形物是屍體腐化時產生的氣泡
美頜龍曾出現在電影《侏儸紀公園:失落的世界》(The Lost World: Jurassic Park)以及《侏儸紀公園III》(Jurassic Park III)。在《侏儸紀公園:失落的世界》中,美頜龍被誤名為三疊美頜龍(Compsognathus triassicus),結合美頜龍的屬名以及原美頜龍的種名;原美頜龍是美頜龍的三疊紀遠親,出現在《侏儸紀公園》的原著小說。美頜龍通常在英文中被暱稱為「Compys」。它們通常被敘述成小群體動物,這行為來自於《侏儸紀公園》的原著小說。但沒有科學證據顯示美頜龍與原美頜龍有這種社會行為。