Patagotitan est un genre éteint de sauropodes de la famille des Titanosauridae, découvert en Patagonie, dans la province argentine de Chubut. Il ne contient qu'une seule espèce, Patagotitan mayorum, dont la découverte a été annoncée en 2014. Elle a été décrite et nommée en 2017 par , et leur équipe.
thumb|left|Fémur de Patagotitan mayorum au Musée de Paléontologie Egidio Feruglio de Trelew, Chubut.
Les premiers restes de Patagotitan, une partie d'un fémur, ont été découverts en 2008 par un ouvrier agricole, Aurelio Hernández, dans le désert à proximité du ranch de La Flecha, à environ à l'ouest de Trelew. Les fouilles, partiellement financées par la Jurassic Foundation, ont été réalisées par une équipe de paléontologues du Musée de Paléontologie Egidio Feruglio dirigée par José Luis Carballido et Diego Pol. Entre et , sept expéditions paléontologiques ont été dépêchées sur le site de La Flecha, exhumant plus de 200 fossiles, à la fois de sauropodes et de théropodes (ces derniers représentés par 57 dents). Au moins sept squelettes partiels, consistant en approximativement 220 os, ont été découverts, faisant de Patagotitan l'un des titanosaures les plus complets actuellement connus.
L'espèce type Patagotitan mayorum a été nommée et décrite en 2017. Le nom du genre combine une référence à la Patagonie, région de la découverte et la mention des titans de la mythologie grecque pour évoquer la puissance et la grande taille de l'animal. L'épithète spécifique Mayorum rend hommage à la famille Mayo, propriétaire du ranch de la Flecha et des terres ou les découvertes ont été effectuées. Ce nom se rapproche par ailleurs, à l'oreille, du latin Maiorum, terme qui désigne les ancêtres.
L'holotype, MPEF-PV 3400, a été découvert au sein d'une couche de la formation de Cerro Barcino, datée du Crétacé inférieur (Albien). La strate précise d'où provient l'holotype a un âge de 101.62 plus ou moins 0.18 million d'années. l'holotype consiste en un squelette partiel auquel manque le crâne.