Синозавроптерикс был найден фермером Ли Джимин, в 1996 году, в провинции Ляонин, на северо-западе Китая. Ли Джимин принесла окаменелости, чтобы показать их директору музея в Пекине, Джи Цяню. Там же, совершенно случайно находился канадский палеонтолог Фил Карри, который исследовал коллекции музея в Пекине. Карри сразу признал значение ископаемых. Как цитирует Нью-Йорк Таймс: «Когда я увидел эту плиту алевролита, смешанную с вулканическим пеплом, в котором находилось существо, я был поражен». Китайские власти изначально запретили фотографии образца, тем не менее, Карри принес фотографию на встречу Общества палеонтологии позвоночных, в Американском музее естественной истории в Нью-Йорке, в результате чего толпы палеонтологов собрались, чтобы обсудить новое открытие.
В состоянии шока от сообщения, покинул презентацию палеонтолог Джон Остром, который в 1970-е годы был пионером теории, что птицы произошли от динозавров. Остром позже присоединился к международной команде исследователей, которые собрались в Пекине, чтобы исследовать окаменелости. В команду были включены эксперт по оперению Алан Бруш, эксперт по ископаемым птицам Ларри Мартин, и Питер Веллхофер, специалист по ранней «птице» Archaeopteryx.
Вид Sinosauropteryx prima - «китайский ящер с перьями», был описан в 1996 году, это был первый динозавр с найденными доказательствами присутствия перьев. Он был покрыт слоем очень простых нитевидных перьев, структуры которые указывают на окрашивание также сохранились в некоторых из перьев, что делает синозавроптерикса первым не птичьим динозавром, где были обнаружены перья и была определена расцветка, которая включает в себя красноватый оттенок и более светлый хвост.
Синозавроптерикс был небольшим тероподом с необычно длинным хвостом и короткими передними конечностями. Известные образцы достигают от 68 см до 1,07 м (3,5 футов) в длину, с расчетным весом 0,55 кг (1,2 фунта).Это был близкий родственник компсогната, оба рода принадлежат к семейству Compsognathidae.
В 2010 году, учёным удалось выявить окаменелые меланосомы - клеточные органеллы, в которых находятся молекулы меланина. На основе полученных исследований палеонтологи пришли к выводу, что синозавроптерикс имел довольно яркое оперение, хвост животного был окрашен оранжево-белыми полосами, верхняя часть туловища имела рыжий цвет, живот был светлым, а ноги тёмными.
В 2017 году Фианн Смитвик и Роберт Николлс провели сравнительный анализ, основываясь на трёх основных образцах из Института геологии и палеонтологии Нанджинга и из Института палеонтологии и палеоантропологии позвоночных, демонстрирующим исключительную сохранность хвостового оперения, но мало сохранившегося оперения над телом или черепом, по сравнению с другими двумя экземплярами. Все описанные образцы Sinosauropteryx сохраняют покровные структуры, которые большинство палеонтологов интерпретируют как очень примитивный тип перьев. Эти короткие, нисходящие нити сохраняются вдоль задней части черепа, рук, шеи, спины, верхней и нижней части хвоста.
Нити проявляют случайную ориентацию и часто волнистые, что интерпретируется как свидетельство того, что они были мягкими и гибкими в жизни. Микроскопическое исследование показывает, что отдельные нити кажутся темными вдоль краев и светятся внутри, что свидетельствует о том, что они были полыми, как и современные перья. По сравнению с современными млекопитающими нити были довольно грубыми, причем каждая отдельная нить намного больше и толще, чем соответствующие волоски млекопитающих одинакового размера.
Длина волокон различается по всему телу. На типовом образце, прямо перед глазами, они длиной 13 мм (0,51 дюйма). Двигаясь дальше по телу, волокна быстро увеличивают длину и достигают длины 35 мм (1,4 дюйма) над лопатками. Длина остается однородной позади спины, вплоть до бедер, когда нити снова удлиняются и достигают максимальной длины по середине хвоста в 40 мм (1,6 дюйма). К 25-му хвостовому позвонку нити на нижней стороне хвоста достигают длины всего 35 мм (1,4 дюйма). Самые длинные волокна, присутствующие на предплечье, измеряются в 14 мм (0,55 дюйма). В целом, нити наиболее близко напоминают пуховые перья некоторых современных птиц, с толстым центральным пером и длинными тонкими зазубринами. Те же структуры наблюдаются и у других ископаемых из Исианской свиты, в том числе у конфуциусорниса.
Несмотря на то, что синозавроптерикс имел перьеподобные структуры, он не был тесно связан с предыдущей «первоптицей» археоптериксом. Это указывает на то, что перья, вероятно, были характерны для многих тероподовых динозавров, а не только для летающих форм, от одной из которых, произошли современные птицы.