เมื่อพบประติมากรรมชิ้นนี้ถูกขุดพบ บางส่วนก็หายไปบ้างเช่นแขนขวาของเลออโคออน และมือและแขนของลูก นักนิยมศิลปะต่างก็ถกเถียงกันถึงรูปทรงที่ควรจะเป็นของส่วนที่หายไป ไมเคิล แอนเจโลเสนอว่าแขนที่หายไปเป็นท่าที่เอี้ยวข้ามไหล่ไปทางข้างหลัง แต่ผู้อื่นเชื่อว่าควรจะยื่นขึ้นไปเหนือศีรษะอย่างแสดงความเป็นวีรบุรุษ พระสันตะปาปาจูเลียสจึงทรงจัดให้มีการแข่งขันกันอย่างลำลองในการสร้างแขนใหม่โดยมีราฟาเอลเป็นผู้ตัดสิน ฝ่ายที่ชนะคือฝ่ายที่อ้างว่าเป็นแขนที่เหยียดขึ้นไป แขนใหม่ในรูปนี้จึงได้รับการต่อเติม

ในปี ค.ศ. 1906 นักโบราณคดี, นักค้าขายศิลปะ และผู้อำนายการพิพิธภัณฑ์บาร์รัคโคลุดวิก พอลลัค (Ludwig Pollak) พบแขนหินอ่อนในลานการก่อสร้างในกรุงโรม เมื่อสังเกตเห็นความคล้ายคลึงของสิ่งที่พบกับประติมากรรมเลออโคออน พอลลัคก็นำไปให้พิพิธภัณฑ์วาติกัน แต่พิพิธภัณฑ์นำไปเก็บทิ้งไว้ในห้องเก็บของอยู่ราวห้าสิบ จนในคริสต์ทศวรรษ 1950 ทางพิพิธภัณฑ์ก็ตัดสินใจว่าแขนที่พบนี้—ที่เอี้ยวไปทางข้างหลังเช่นที่ไมเคิล แอนเจโลเสนอ—เป็นส่วนหนึ่งของประติมากรรมเลออโคออน ส่วนที่ได้รับการต่อเติมก็ถูกถอดออกและแทนที่ด้วยแขนที่พบใหม่[7] ส่วนมือและแขนของลูกที่ได้รับการบูรณปฏิสังขรณ์ก็ถูกถอดออก จากการสังเกตองค์ประกอบต่างๆ ระหว่างการบูรณปฏิสังขรณ์ ผู้ทำการก็พบว่าทรงเดิมของกลุ่มประติมากรรมนี้เป็นทรงที่แน่นหรือบีบตัวกว่าส่วนที่มาขยายให้โปร่งขึ้นโดยการซ่อมแซมในภายหลัง ลักษณะที่เปิดกว้างออกไปที่เห็นกันอย่างคุ้นเคยเป็นผลมาจากการบูรณปฏิสังขรณ์มาตั้งแต่สมัยโรมันจนมาถึงสมัยยุคฟื้นฟูศิลปวิทยา[8]

งานชิ้นนี้ได้รับการเลียนแบบหลายครั้งรวมทั้งชิ้นที่เป็นที่รู้จักกันโดยทั่วไปที่วังแกรนด์มาสเตอร์ (Palace of the Grand Master of the Knights of Rhodes) ของอัศวินเซนต์จอห์นที่โรดส์ งานก็อปปีหลายชิ้นยังเป็นงานที่เป็นแขนยืดขึ้นไปเหนือศีรษะ แต่งานก็อปปีที่วังแกรนด์มาสเตอร์ได้รับการแก้ไขให้เป็นแขนเอี้ยวไปข้างหลังแล้ว