Apesar do nome, nem todos os membros do grupo das preguiças gigantes eram de grandes dimensões. O registo fóssil indica que as primeiras formas a surgir eram relativamente pequenas, de tamanho comparável às preguiças actuais, sendo a evolução para o gigantismo progressiva. No fim do Pliocénico, início do Plistocénico, esta tendência inverteu-se no sentido da redução de tamanho talvez por pressões ecológicos. Nas Caraíbas muitas espécies tornaram-se variáveis anãs, numa adaptação a ambiente insular e condições tropicais também observada, por exemplo, em proboscídeos (Stegodon) ou hominídeos (Homo floresiensis).

As preguiças gigantes surgiram no Oligocénico, na região da atual Patagónia, e desenvolveram-se na América do Sul. Com o estabelecimento do istmo do Panamá, as preguiças migraram para Norte, chegando ao atual estado do Yukon no Canadá.

A anatomia das preguiças gigantes é conhecida com bastante detalhe, graças a centenas de exemplares bem conservados encontrados em cavernas e nos poços de betume de La Brea, na Califórnia. Alguns exemplos encontram-se tão bem preservados que incluem tecidos fossilizados ou partes da pelagem de cor avermelhada. Os hábitos alimentares das preguiças gigantes são igualmente bem conhecidos através do estudo dos seus coprólitos (fezes fossilizadas) e respectivo conteúdo vegetal. Sabe-se assim que estes animais eram exclusivamente herbívoros e que preferiam folhas e ramos de árvores. Eram, no entanto, bastante flexíveis e em épocas de escassez podiam consumir plantas desérticas, incluindo cactos.

A primeira tentativa de reconstrução anatómica de um conjunto de fósseis foi realizada em 1796 e o resultado foi interpretado por Georges Cuvier como uma forma de preguiça gigante, que o naturalista classificou como Megatherium americanum.

atualmente, há rumores da existência de um grande animal desconhecido da ciência no interior da Floresta Amazónica, a que os locais chamam de mapinguari e que os criptozoólogos supõem tratar-se de uma espécie extante de preguiça gigante.