Sus primeros restos fueron descubiertos en el esquisto de Ogygopsis, aunque la mayor parte de los hallazgos procede del célebre Burgess Shale. La confusión inicial fue monumental: los apéndices se interpretaron como crustáceos, la boca como una medusa y el cuerpo como una esponja. Solo décadas después se comprendió que todos esos fósiles pertenecían al mismo animal.

Anomalocaris presentaba rasgos anatómicos extraordinarios. Poseía dos grandes apéndices frontales segmentados, armados con espinas afiladas, que utilizaba para capturar presas y llevarlas a su boca. Sus ojos compuestos, situados sobre pedúnculos dorsolaterales, eran enormes para su época y se estima que podían contener hasta 30.000 lentes cada uno, lo que le otorgaba una visión excepcional. La boca, circular y formada por 32 láminas superpuestas —4 grandes y 28 pequeñas—, estaba equipada con púas aserradas. Aunque no podía cerrarse completamente, sí podía triturar presas blandas o romper estructuras menos resistentes.

El cuerpo era alargado y estrecho, recubierto por un exoesqueleto no mineralizado pero con zonas esclerotizadas, como los apéndices y la boca. A lo largo de los flancos se distribuían numerosos lóbulos laterales flexibles, que actuaban como aletas. En A. canadensis se contaban 13 pares, mientras que A. saron tenía 11. La cola terminaba en una estructura en forma de V formada por tres pares de lóbulos dorsolaterales. En algunos fósiles de A. saron se observan cercos caudales, similares a los de ciertos artrópodos modernos. La disposición escalonada de los lóbulos laterales sugiere que Anomalocaris nadaba mediante ondulaciones coordinadas, como una mantarraya, lo que le permitía desplazarse con rapidez y precisión.

La verdadera naturaleza de Anomalocaris no se reconoció durante casi 80 años. El primer fósil, descubierto en 1892 por Joseph Frederick Whiteaves, consistía solo en un apéndice anterior y fue interpretado como el abdomen de un crustáceo filópodo. Entre 1911 y 1917, Charles Doolittle Walcott halló más restos, incluyendo la boca circular, que clasificó como una medusa bajo el nombre Peytoia, y un cuerpo que asignó al género Laggania. En 1928 se sugirió que los fósiles de Anomalocaris eran apéndices de un animal mayor, pero se atribuyeron erróneamente al crustáceo Tuzoia. Incluso cuando la Comisión Geológica de Canadá descubrió un ejemplar casi completo, se interpretó como una quimera formada por Peytoia y Laggania.

No fue hasta 1979, y especialmente tras los estudios de Harry B. Whittington y Derek Briggs, cuando se resolvió el rompecabezas. Analizando las colecciones de Walcott, demostraron que Anomalocaris, Peytoia y Laggania eran partes de distintos radiodontos, y que el nombre válido para el depredador era Anomalocaris. Whittington y Briggs reconocieron dos especies: A. canadensis y A. nathorsti, aunque esta última resultó ser sinónima de Laggania. En 1995 se describió A. saron en Chengjiang (China). Otras especies, como A. briggsi o A. pennsylvanica, se consideran dudosas por basarse en apéndices aislados.

En 2011, Peter Van Roy y Derek Briggs publicaron en Nature el hallazgo de los mayores ejemplares conocidos de Anomalocaris, lo que confirmó que algunos individuos podían superar holgadamente el metro de longitud. Para el Cámbrico, esto equivalía a un auténtico gigante.

Un estudio del South Australia Museum y la Universidad de Adelaida reveló que Anomalocaris tenía una visión extraordinaria. Analizando fósiles de la Isla Canguro, los investigadores descubrieron ojos compuestos de 3 cm de diámetro con unas 16.000 lentes. Esta resolución visual solo se encuentra hoy en insectos depredadores como las libélulas. Según John Paterson, director del estudio, «un ojo compuesto con tantas lentes sugiere que Anomalocaris era un cazador muy visual. Sus presas no tenían escapatoria».

Anomalocaris ha aparecido ocasionalmente en la cultura popular, especialmente en documentales como Walking with Monsters, donde se lo presenta como el primer gran depredador de la Tierra. También aparece en La formación de la Tierra, cazando trilobites.

Con su tamaño imponente, su visión excepcional, sus apéndices prensiles y su cuerpo hidrodinámico, Anomalocaris fue sin duda uno de los superdepredadores más formidables del Cámbrico. Representa un momento crucial en la historia de la vida: el surgimiento de la depredación activa a gran escala, un motor evolutivo que transformó para siempre los ecosistemas marinos.