Типовой вид, Neimongosaurus yangi, был описан Чжан Сяохуном, Сюй Сином, Полом Серено, Куан Сюэвенем и Тань Линем в 2001 году. Неймонгозавр имел сходное строение с овирапторозаврами — у него была длинная шея и короткий хвост. Известен по двум хорошо сохранившимся скелетам.
Неймонгозавр является относительно небольшим теризинозавром, достигая 2—3 метров в длину. Грегори С. Пол в 2010 году оценил его размер в 3 метра и вес в 150 килограммов, Майкл Мортимер в тот год оценил размер в 5,9 м и вес в 41 кг.
Первоначально Neimongosaurus было помещён в надсемейство Therizinosauroidea. Позднее кладистический анализ часто ставил его на более продвинутые позиции, в составе семейства теризинозаврид, но анализ Линдси Занно в 2010 году подтвердил его первоначальное место на кладограмме.
