被归类于早期哺乳动物。在1935年，三瘤齿兽被归类于多瘤齿兽目。由于三瘤齿兽科同时具有似哺乳爬行动物、哺乳动物的特征，目前被视为是似哺乳爬行动物演化至哺乳动物的旁支之一。有些科学家认为哺乳类从三瘤齿兽进化而来，而其他科学家认为是从另一群特化犬齿兽类，三稜齿兽科进化而来。