马门溪龙的确切分类位置依然不明确。1983年赵喜进将其放在圆齿蜥龙超科（Homalosauropodoideidea）中，但是这个分类已被近代观点所淘汰。最近的分析展现了一个特殊的演化模式，即侏儸纪时期的亚洲蜥脚类独自形成了一个特有种演化支，可能起源于新蜥脚类之外的真蜥脚类；如此一来将该演化支提升至与新蜥脚类同位阶、无关的巨大规模。马门溪龙经常与其他相关物种一同归至马门溪龙科，虽然到底包含哪些物种仍存在着争议，通常有川街龙、始马门溪龙、天山龙、通安龙、峨嵋龙和元谋龙。以下演化树呈现可能的系统发生学位置：