Dinosaurierna kunde göra resan när en uppvärmningsformel tillät passage över frusna landbroar mellan kontinenterna.
Två fossila upptäckter i Australien kastar nytt ljus över denna teori.
Båda exemplaren är sauropoder - en grupp stora, växtätande dinosaurier med långa halsar och små huvuden.
Ytterligare klassas som titanosaurier, de är bland de största dinosaurier någonsin att vandra på jorden.
Den ledande forskaren dr Stephen Poropot vid Dinosauriernas museum i Australien sade att exemplaren ökar vår kunskap om området för 95 till 98 miljoner år sedan.
"Vi får en mycket bättre uppfattning om den övergripande faunan", sade han.
"Och som ett resultat kan vi börja piecing tillsammans hur klimatet påverkade dessa dinosaurier, hur positioner på kontinenten påverkade dessa dinosaurier och hur de utvecklades genom tiden också."
En av dinosaurierna hittades i närheten av staden Winton i centrala västra Queensland.
Den har fått namnet Savannasaurus elliottorum efter medlemmar av familjen Elliott, som fann fossilet i en hög med ben medan de samlade ihop får på sin egendom.
Skelettet har pussats ihop från 17 pallar av ben inneslutna i sten - en process som tog 10 år.
Forskarna upptäckte också huvudben från en annan sauropodart Diamantinasaurus matildae.
"Denna nya Diamantinasaurus prov har bidragit till att fylla flera luckor i vår kunskap om denna dinosauries skelett anatomi", säger Dr Poropat.
"Särskilt hjärnskålen har gjort det möjligt för oss att förfina Diamantinasaurus position på sauropods familjeträd."
De två exemplaren har bidragit till att visa att titanosaurier levde över hela världen för 100 miljoner år sedan.
Detta blev möjligt på grund av världsdelarnas arrangemang och förändringar i det globala klimatet.
Professor Paul Upchurch vid University College i London sade att Australien och Sydamerika var förbundna med Antarktis i stora delar av krita.
När Savannasaurus levde för 95 miljoner år sedan var den globala medeltemperaturen varmare än den är nu, men det var ganska coolt vid polerna.
"Vi misstänker att förfadern till Savannasaurus var från Sydamerika, men att det inte kunde och inte kom in i Australien förrän cirka 105 miljoner år sedan," sade han.
"Vid den här tiden ökade de globala genomsnittliga temperaturerna så att sauropoder kunde passera landmassor på polarla breddgrader."
Forskningen publiceras i N Scientific Reports.
Följ Helen på Twitter @hbriggs.
Några av dinosauriefamiljens jättar kan ha sitt ursprung i Sydamerika och korsade Antarktis till Australien för omkring 100 miljoner år sedan.