La presente tesis aborda el estudio de los miembros extintos del superorden Xenarthra, en particular aquellos que alcanzaron grandes tamaños. La tesis surge de la combinación de diferentes enfoques centrados en el estudio de aspectos paleobiológicos de estos animales gigantes con el fin de mejorar el conocimiento actual sobre sus preferencias dietarias y climáticas, la relación entre la forma y la función en el complejo cráneo-mandíbula, así como también aspectos relacionados al desarrollo de la dentición y la capacidad aeróbica de las formas gigantes. En esa línea, se presentan cinco trabajos, de los cuales cuatro se encuentran publicados y uno se encuentra en revisión. Los principales resultados de la tesis permiten mejorar el entendimiento sobre el rol de estos megamamíferos en los ecosistemas pasados. Por medio de modelos de elementos finitos y morfología geométrica se obtuvo evidencia sobre la existencia de adaptaciones a diferentes dietas en perezosos. El estudio de la dentición en perezosos permitió reconocer un patrón macroevolutivo presente en otros clados conocido como cascada inhibitoria. Los resultados mostraron la existencia de procesos de activación y inhibición durante el desarrollo de la dentición similares a los existentes en otros grupos pese a las particularidades existentes en la dentición de los perezosos. Por otro lado, el estudio de fósiles provenientes del sitio Arroyo del Vizcaíno en el sur de Uruguay permitió reconocer un taxón previamente no registrado en Uruguay y explorar aspectos paleoecológicos de los xenartros gigantes en el contexto de una comunidad de megamamíferos típica del Pleistoceno final de la región. Por último, el estudio de los forámenes nutritivos en fémures permitió obtener evidencia en favor de una alta capacidad aeróbica en las formas gigantes, comparable a otros mamíferos placentarios de gran tamaño y no a los xenartros actuales.