灵武恐龙化石遗址位于宁夏灵武市宁东镇原磁窑堡煤矿南1公里处，西北距银川市58公里。2005年4月至2006年11月，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所联合灵武市文物管理所先后进行4次发掘，共清理出3个发掘坑，挖掘出包括恐龙头骨、牙齿、肩胛骨化石在内的8只恐龙个体。灵武恐龙化石保存状况良好，其中一号坑内恐龙化石骨骼关联程度较好，占一只完整恐龙椎体骨骼的61%。

在灵武市宁东镇磁窑堡煤矿东南2公里处，有一个被当地人称为“南磁湾”的村庄，这里原居住着200多户矿工。在南磁湾村东侧，有一座高不过10米的山梁，山梁远处是一望无际的漫漫黄沙，这里靠近毛乌素沙漠边缘。2004年11月初，南磁湾青年马云到南磁湾山梁挖刺猬，被眼前一块形状奇特的“石头”吸引了，这块“石头”与普通石头不同，它表面十分光滑，呈红褐色，形状很像动物骨骼。马云向灵武市文物管理所报告后，文物工作者迅速赶往现场，在一个南北长50米、东西高5米的缓坡上，发现一块40厘米宽、长近2米的动物股骨化石裸露在灰绿色的泥岩土层中，这种泥岩被当地老乡称为“羊肝子”土，土质特别僵硬。化石虽然在灵武境内曾经发现过，但像南磁湾山梁如此庞大的动物化石还是初次发现。

2004年11月，经宁夏回族自治区文物局批准，灵武市文物管理所工作人员对南磁湾化石进行抢救性清理发掘。南磁湾的初冬寒风瑟瑟，凄冷的西北风夹杂着沙土，刮在脸上如同针扎一般，痛得人睁不开眼睛。发掘人员用手铲顺着发现化石的地方向四周挖掘，在南北15米长的斜坡上，均发现有化石出露，而且化石层埋藏较浅。随着发掘面积的扩大，暴露出来的化石个体也越来越大，当挖出十几块巨大的化石时，发掘人员都激动不已。数百名围观群众更是被惊得目瞪口呆，因为谁也没有见过这种“庞然大物”。文物管理所所长刘宏安挖出一块平板状的化石，越挖越深，挖到一米见方时还没挖到边缘。由于冬季地表冻结，加之化石数量较多，发掘人员决定先停止发掘，对化石现场进行回填，待来年再做试探性发掘。

为了让灵武恐龙化石引起社会关注，2005年3月，刘宏安撰写一篇“灵武发现古生物化石，呼吁有关部门引起重视”的报道，在《宁夏日报》和《新消息报》发表后，立刻引起社会广泛关注，区内几乎所有媒体纷纷派记者进行跟踪报道。2005年4月，宁夏回族自治区国土资源厅领导带领10余名地质专家慕名来到化石现场。这些从事多年地质研究的资深老专家，无不对这里的发现感到震惊。年逾七旬人称“西夏岩夫”的老地质专家郑昭昌推断，南磁湾山梁地层为中生代侏罗系，该时代生存如此庞大的动物，极有可能是恐龙。

为进一步确认化石种属，刘宏安携带化石标本和录像资料，来到中国科学院古脊椎动物研究所，找到了国际著名恐龙专家徐星进行鉴定。中国科学院古脊椎动物研究所徐星研究员，从事中生代恐龙化石及地层学研究，他在新疆、河南、湖北、贵州及蒙古国多次进行野外勘查发掘，发现并采集到大量重要动物化石标本，命名了15个恐龙新属种。在英国、美国、德国、加拿大等国际学术刊物上发表学术论文30余篇，出版4部专著。徐教授认真看完携带的化石标本后肯定地说：“这是蜥脚类恐龙化石，它填补了宁夏没有发现恐龙的空白，有可能还是亚洲最大的恐龙化石，这个发现十分重要。”徐教授出具了恐龙化石鉴定报告书。

2005年4月，中国科学院古脊椎动物研究所工程师来到灵武，与文物管理所选派的5名考古人员，拉开了恐龙化石发掘的序幕。随着土层一天天揭开，形状各异的化石逐渐暴露出来，一个接一个的惊喜接踵而来。大量化石表明，这里埋藏着一个巨大的恐龙群体，这些化石上下叠压，多数排列杂乱无序，化石保存状况较为理想。数十节恐龙腰椎和尾椎保持原始自然关联，长达7.2米。如果将这只恐龙复原，它至少有23米长、10米高。盛夏的沙海，骄阳烤的山顶像蒸笼一样，地面温度高达40多度。发掘坑内不时传来铁锹叮叮当当的取土声。拎着镐头、地质锤、小刷子的发掘人员一个个挥汗如雨，全神贯注地从土层中剥离出化石。为了防止化石出土后受到风化，发掘人员用丙酮和消基清漆配成混合稀料，反复涂刷在化石表面，使其渗透进化石,凝固后和空气隔绝。发掘人员每天在坑内挖掘十几个小时，脸被晒脱了皮，双手打了血泡，但谁也没有怨言。在离挖掘现场不足30米的北山坡上，发掘人员无意中发现地表层也有化石裸露，经过扩展发掘，又发现大量恐龙化石并将其定为2号发掘坑。2号坑内的化石个体比1号坑里的还要巨大，其中3只保存完整的恐龙肩胛骨化石竟有1.8米长，一只椎体直径长达1.1米，超过原亚洲最大恐龙——四川合川马门溪恐龙的肩胛骨和椎体。发掘出的恐龙荐椎化石，分布着密集的神经棘，神经棘骨骼关联程度很好，椎体高度超过已知所有恐龙属种，这种现象在国内外蜥脚类恐龙化石中极为罕见。

蜥脚类恐龙因头部体积小，骨骼较少，易受风化而不易形成化石，因此国内外很少发现保存完整的蜥脚类恐龙头骨化石。在发掘过程中，大家都渴望能找到神秘的头骨化石。11月28日，发掘人员发现一颗疑似恐龙头骨的化石，这颗仅暴露出地面1/3的化石长28厘米、宽32厘米，呈棕黑颜色，石化程度较好。发掘人员没有急于将头骨化石从岩层中分离出来，先向徐星教授传去相片，得到确认后，才实施了挖掘。为使化石不因挖掘而受损伤，刘宏安用石膏层层进行固定，再将化石和土层从底部采集下来，然后再打几层石膏，防止运输中的损坏。为了确保恐龙头骨化石的安全，邀请公安部门进行沿途保护运送。2006年1月，灵武市党政分管领导及相关部门人员组成护送小组，抽调10名公安干警、两辆警车和一辆防暴车辆，秘密押运恐龙头骨化石入京。

徐星教授通过初步对比研究后，在头骨化石鉴定书中写道：“这一恐龙属于梁龙类，与发现于南半球的一些恐龙属种具有很近的亲缘关系。其神经孔保存十分完整，是世界上保存最精美的恐龙脑颅化石之一，灵武恐龙是我国恐龙化石发现史中一次重要发现！”2005年7月，徐星抵达灵武。他仔细观察完恐龙化石1号、2号坑后，认为灵武恐龙化石发现后现场保护措施非常得力，化石保存十分完整，没有遭到人为因素的破坏，是国内保存最完好的恐龙化石之一。化石标本分布密集，现场十分壮观，石化程度比新疆、山东、内蒙古、甘肃恐龙化石还要好，属国宝级恐龙化石。徐星教授推断，在南磁湾恐龙化石周边山头，极有可能还有恐龙化石的存在。

数亿年前，西北地区气候温湿，地面到处是茂密的原始森林，森林边湖泊荡漾，成群结队的恐龙时而在丛林中啃食着树枝，时而聚集到湖泊中洗澡嬉戏，一派悠闲自得的神态。那么这些恐龙怎么会集体死亡，又被埋藏在地下呢，研究人员做出各种猜想：数亿年前的某天早晨，太阳刚跃出地平线，大地远处传来一些颤抖，预示着灾难的到来。晴朗的天空突然狂风大作，电闪雷鸣之后暴雨如注，汹涌的山洪发出恐怖的声音。一群正在湖畔觅食的恐龙来不及逃避，瞬间被夹杂着泥沙的洪水吞没。洪水退后，一切恢复了平静，恐龙尸体陷入深深的泥土。时光飞梭、物换星移，1.7亿年过去了，这群恐龙的骸骨变成了化石。

2006年6月，在北京参加世界古生物大会的美国、加拿大、法国、日本、俄罗斯、瑞典等国古生物专家，专程赴灵武恐龙化石遗址进行参观。各国专家对灵武恐龙化石遗址保护工作给予充分肯定，并高度评价灵武恐龙化石在科学研究、对外宣传方面的潜在价值和重要意义。2006年8月26日，中央电视台、宁夏广电总局联合对灵武恐龙发掘工作进行现场直播。随着央视直播镜头，灵武恐龙神秘的面纱被逐次揭开，一连串震惊世界的重大发现被和盘托出。直播现场，发掘人员在一只恐龙颈椎化石附近，发掘出22颗排列整齐的恐龙牙齿化石和完整的下颌骨。中国科学院古脊椎动物研究所莫进尤博士说：“以前虽然曾发掘过恐龙牙齿化石，但都是零乱散开的，排列如此整齐有序的还是第一次见到！”中国科学院古脊椎动物研究所技术室主任唐治路分析：“这些牙齿化石保存完整，排列有序，下面掩埋的是恐龙下颌骨，表明在灵武发现了第二个恐龙头骨化石。在中国104年恐龙考古史中，发现蜥脚类恐龙棒状牙齿化石，尚属首次。”坐客央视演播大厅的徐星研究员说：“梁龙曾经在南美洲和非洲发现，在赤道以北还是首次发现。灵武恐龙的发现，对地球陆地板块漂移学说提供了充分的实物证明，具有重要的科学研究价值。”国家级媒体现场直播恐龙化石发掘活动，在全球尚属首次，此次直播节目引起全国观众广泛关注。

灵武恐龙化石经中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员、国际著名恐龙专家徐星鉴定，属梁龙类中一个罕见的分支——叉背龙类，为中生代中侏罗纪大型新蜥脚类食草恐龙，距今约1.74亿年。灵武恐龙是中国已知蜥脚类恐龙中个体最大的属种之一，某些数据如背椎长度甚至超过目前已知所有恐龙属种。梁龙在赤道以北首次发现，灵武恐龙堪称“北半球第一龙”，属国宝级恐龙化石。

灵武恐龙化石群遗址是迄今为止中国发现面积较大、分布集中、保存完整、周边环境未遭破坏的恐龙化石群遗址。灵武恐龙属种可以在恐龙分类及系统发育关系方面建立一个新属。灵武恐龙的发现，对展现西北地区史前生态景观，研究宁夏远古时期的地理、气候及恐龙种属的繁衍、迁徙、灭亡等问题，提供了珍贵的实物资料和重要科学信息。

2004年11月，磁窑堡青年马云在南磁湾山梁挖刺猬，发现大型化石，灵武市文物管理所组织进行抢救性发掘。

2005年6月，灵武恐龙化石遗址被宁夏回族自治区人民政府公布为“自治区级重点文物保护单位”。

2006年8月，恐龙化石群遗址被宁夏回族自治区人民政府批准为“宁夏恐龙地质公园”。

2008年1月，灵武恐龙化石遗址被宁夏回族自治区党委宣传部、区科技厅联合批准为“宁夏科普教育基地”。

2006年8月,中央电视台对灵武恐龙化石发掘现场进行现场直播。中央电视台“探索·发现”、“走遍中国”等栏目先后进行专题报道。

2006年11月，中央电视台科技频道在央视十套“讲述”栏目，报道灵武恐龙化石发现过程。

2009年，灵武恐龙化石遗址被国土资源部批准为国家级地质公园。

2018年，由徐星与刘宏安等学者在英国《自然—通讯》杂志发表灵武恐龙化石学术文章，证实在赤道以北首次发现梁龙，灵武恐龙堪称“北半球第一龙”。