Wkrótce jednak związała się ze środowiskiem naukowym, a zbieranie skamieniałości przerodziło się w pasję i wzięło górę nad podejściem czysto komercyjnym.
Pierwsze ważne znalezisko Mary miało miejsce niedługo po śmierci ojca, w 1812, kiedy odnalazła szkielet ichtiozaura. Jej brat odkrył rok wcześniej czaszkę przypominającą czaszkę wielkiego krokodyla. Reszty szkieletu wtedy nie znaleźli, ale Anning wróciła w to miejsce po sztormie, który odsłonił część klifu, gdzie się znajdowały.
Znalezisko Mary było pierwszym kompletnym szkieletem ichtiozaura w historii, chociaż wcześniej znajdowano już poszczególne skamieniałe szczątki (podobno rodzaj był opisany w 1699 z fragmentów znalezionych w Walii). Pomimo tego było to ważne znalezisko i wkrótce opisano je w Philosophical Transactions of the Royal Society. W czasie odkrycia Anning miała tylko trzynaście lat. Później znalazła jeszcze dwa inne gatunki ichtiozaurów.
Jej sława rosła i zwróciła uwagę zamożnego kolekcjonera skamieniałości Thomasa Bircha. Poruszony ubóstwem Mary i jej rodziny wystawił na sprzedaż swoją kolekcję, a dochód z niej (ok. 400 funtów) dał Mary. Dzięki temu Anning mogła kontynuować poszukiwania, a jej brat został tapicerem.