A cratera foi descoberta por Glen Penfield, um geofísico que havia trabalhado no Iucatã, enquanto procurava petróleo no final da década de 1970. Penfield foi inicialmente incapaz de obter evidências de que esta estrutura geológica era de fato uma cratera, e desistiu da sua pesquisa. Por meio do contato com Alan Hildebrand, Penfield obteve amostras que sugeriam que era uma estrutura de impacto. As provas do impacto como origem da cratera incluem quartzo de impacto, uma anomalia gravitacional, e tectitos das áreas circundantes.

O impacto aconteceu 66,038 milhões anos atrás, no final do Cretáceo. O impacto associado com a cratera teria estado envolvido na extinção de numerosos grupos de animais e plantas, incluindo os dinossauros, como sugerido pelo nível K-T, embora alguns críticos argumentam que o impacto não foi a única razão e outros debatam se houve um só impacto ou se o meteoro de Chicxulub foi um de vários que podem ter colidido com a Terra naquela época. Evidências sugeriam que o meteoro poderia ter sido um pedaço de um asteróide muito maior que se fragmentou numa colisão no espaço distante há mais de 160 milhões de anos. Em março de 2010, no seguimento de extensa análise das provas existentes que consistem de dados obtidos ao longo de 20 anos abrangendo os campos da paleontologia, geoquímica, modelação climática, geofísica e sedimentologia, 41 peritos internacionais de 33 instituições reviram os dados disponíveis e concluíram que o impacto em Chicxulub desencadeou as extinções em massa no limite K–T incluindo a dos dinossauros.