Tiranosaurus
karena nama tersebut muncul terlebih dahulu. Namun, edisi keempat ICZN, yang mulai berlaku pada tanggal 1 Januari 2000, menyatakan bahwa "pemakaian nama yang umum harus diutamakan" ketika "sinonim atau homonim yang digunakan terlebih dahulu tidak lagi digunakan sebagai nama yang sah setelah tahun 1899" dan "sinonim atau homonim yang dipakai
sesudahnya telah digunakan untuk takson tertentu sebagai nama yang dianggap sah dalam setidaknya 25 karya, diterbitkan oleh setidaknya 10 penulis dalam rentang waktu 50 tahun sebelumnya..." Tyrannosaurus rex dianggap sebagai nama yang sah berdasarkan prasyarat-prasyarat ini dan kemungkinan besar akan digolongkan sebagai nomen protectum ("nama
yang dilindungi") menurut ICZN jika nama tersebut suatu saat akan diterbitkan secara resmi. Manospondylus gigas kemudian akan dianggap sebagai nomen oblitum ("nama yang terlupakan").
Seorang paleontolog amatir yang bernama Sue Hendrickson menemukan kerangka Tiranosaurus terbesar dan nyaris lengkap (sekitar 85%) di Formasi Hell Creek di dekat Faith, Dakota Selatan, pada tanggal 12 Agustus 1990. Spesimen tersebut dinamai Sue untuk menghormati penemunya, tetapi hak miliknya kemudian diperebutkan. Pada tahun 1997, sengketa ini diselesaikan dan hak miliknya diberikan kepada Maurice Williams,
pemilik lahan tempat penemuan fosil tersebut. Koleksi fosil tersebut dibeli oleh Museum Sejarah Alam Field melalui sebuah proses lelang dengan harga $7.6 juta, sehingga menjadi kerangka dinosaurus termahal. Para petugas di museum tersebut menghabiskan lebih dari 25000 jam orang kerja untuk mengeluarkan batu-batuan dari tulang-tulangnya. Tulang-tulangnya dikirim ke New Jersey dan lalu disusun. Hasil susunan tersebut
kemudian dicopot dan lalu dikirim kembali ke Chicago untuk disusun ulang. Kerangka tersebut mulai dipamerkan kepada khayalak umum pada tanggal 17 Mei 2000 Stanley Field Hall di Museum Sejarah Alam Field. Hasil penelitian terhadap tulang-tulang Sue menunjukkan bahwa spesimen ini mencapai besar maksimalnya pada usia 19 tahun dan menjemput ajal pada usia 28 tahun, sehingga Sue adalah
Tiranosaurus dengan rentang hidup terpanjang yang telah ditemukan. Dugaan bahwa Sue mati akibat gigitan di belakang kepala masih belum terbukti. Meskipun hasil penelitian berikutnya menunjukkan indikasi-indikasi patologi di kerangka tersebut, tak ada tanda-tanda gigitan yang telah ditemukan. Kerusakan di bagian belakang tengkorak kemungkinan disebabkan oleh sesuatu yang
terjadi setelah kematiannya. Terdapat pula dugaan bahwa Sue mungkin mati akibat kelaparan setelah terkena infeksi parasit yang berasal dari daging yang terkontaminasi; infeksi yang dihasilkan akan memicu peradangan di tenggorokan, dan Sue akhirnya akan mati kelaparan karena tidak lagi dapat menelan makanan. Hipotesis ini diperkuat dengan adanya lubang-lubang yang ujungnya halus di tengkoraknya, mirip dengan lubang pada burung-burung yang terserang parasit serupa.
Seekor Tiranosaurus lain yang dijuluki Stan (untuk menghormati paleontolog amatir Stan Sacrison) ditemukan di Formasi Hell Creek di dekat Buffalo, Dakota Selatan, pada musim semi tahun 1987. Spesimen ini tidak dikumpulkan hingga tahun 1992, karena sebelumnya dikira sebagai kerangka Triceratops. Kelengkapan spesimen Stan kurang lebih sebesar 63% dan spesimen tersebut disimpan di Black Hills Institute of Geological Research, Hill City, Dakota Selatan,
setelah dibawa ke berbagai tempat pada tahun 1995 dan 1996. Tulang-tulang Tiranosaurus ini juga didapati memiliki tanda-tanda patologi, termasuk tulang rusuk yang patah (dan telah pulih), leher yang patah (dan juga telah pulih), serta lubang besar di belakang kepalanya, yang kurang lebih seukuran dengan gigi Tiranosaurus.
Pada tahun 2001, kerangka Tiranosaurus muda dengan kelengkapan 50% ditemukan di Formasi Hell Creek, Montana, oleh seorang petugas dari Museum Sejarah Alam Burpee di Rockford, Illinois. Spesimen ini dijuluki Jane dan awalnya dikira sebagai kerangka Nanotyrannus kerdil pertama yang ditemukan, tetapi hasil penelitian kemudian menunjukkan bahwa kemungkinan besar spesimen tersebut adalah spesimen
Tiranosaurus muda. Spesimen tersebut adalah contoh spesimen muda paling lengkap yang telah ditemukan sejauh ini. Jane telah diteliti oleh Jack Horner, Pete Larson, Robert Bakker, Greg Erickson, dan beberapa paleontolog terkenal lainnya, berkat keunikan usianya. Kerangka Jane kini dipamerkan di Museum Sejarah Alam Burpee, Rockford, Illinois.
Tyrannosaurus adalah genus tipe dari superfamili Tyrannosauroidea, famili Tyrannosauridae, dan subfamili Tyrannosaurinae; dalam kata lain, genus Tyrannosaurus menjadi standar bagi para paleontolog untuk memutuskan apakah spesies lain akan dimasukkan ke dalam kelompok yang sama. Genus-genus lain yang tergolong ke dalam subfamili Tyrannosaurinae meliputi Daspletosaurus dari Amerika Utara dan
Tarbosaurus dari Asia, dan keduanya kadang-kadang disinonimkan dengan Tyrannosaurus. Tyrannosauridae sebelunya sempat dianggap sebagai keturunan teropoda-teropoda besar dari masa sebelumnya seperti megalosaurus dan carnosaurus, tetapi kini Tyrannosauridae dikelompokkan bersama dengan hewan-hewan dari klad Coelurosauria yang umumnya lebih kecil.
Pada tahun 1955, paleontolog Soviet Evgeny Maleev menamakan spesies baru, Tyrannosaurus bataar, yang berasal dari Mongolia. Pada tahun 1965, spesies tersebut berganti nama menjadi Tarbosaurus bataar. Meskipun namanya sudah diganti, hasil-hasil analisis filogenetik menunjukkan bahwa Tarbosaurus bataar merupakan takson saudara Tyrannosaurus rex, dan sering dianggap sebagai spesies Tyrannosaurus di Asia. Pendeskripsian ulang
tengkorak Tarbosaurus bataar kemudian menunjukkan bahwa tengkoraknya jauh lebih sempit daripada Tyrannosaurus rex; saat menggigit, persebaran tekanan pada tengkoraknya juga sangat berbeda dan lebih mirip dengan gigitan Alioramus (salah satu genus Tyrannosauridae di Asia).
Sebuah analisis kladistik terkait menemukan bahwa Alioramus-lah yang menjadi takson saudara Tarbosaurus dan bukan Tyrannosaurus; jika hasil analisis ini benar, maka Tarbosaurus dan Tyrannosaurus sebaiknya tetap dipisahkan. Penemuan dan pendeskripsian genus Qianzhousaurus pada tahun 2014 membantah hasil analisis ini dan menunjukkan bahwa Alioramus sepatutnya masuk ke dalam klad
Alioramini. Penemuan genus Tyrannosauridae lain yang disebut Lythronax semakin membuktikan bahwa Tarbosaurus dan Tyrannosaurus memiliki hubungan kekerabatan yang dekat, sehingga Tarbosaurus dan Tyrannosaurus membentuk sebuah klad bersama-sama dengan sebuah genus Tyrannosauridae lainnya di Asia yang dinamai Zhuchengtyrannus, sementara Lythronax merupakan takson saudara genus-genus ini.
Hasil penelitian Steve Brusatte, Thomas Carr et al. dari tahun 2016 juga menunjukkan bahwa Tyrannosaurus kelihatannya merupakan pendatang dari Asia, dan ada kemungkinan bahwa mereka adalah keturunan Tarbosaurus. Hasil penelitian ini juga mengindikasikan bahwa Tyrannosaurus mungkin telah mengakibatkan kepunahan Tyrannosauridae lainnya di Amerika Utara akibat persaingan. Temuan lain dari
tahun 2006 mengindikasikan bahwa Tiranosaurus raksasa mungkin sudah ada di Amerika Utara paling tidak dari masa 75 juta tahun lalu. Belum diketahui secara pasti apakah spesimen ini tergolong ke dalam Tyrannosaurus rex, merupakan spesies baru Tyrannosaurus, atau sebuah genus baru yang masih misterius.
Fosil-fosil Tyrannosauridae yang ditemukan di formasi-formasi yang sama dengan Tyrannosaurus rex awalnya digolongkan sebagai takson terpisah, termasuk Aublysodon dan Albertosaurus megagracilis, yang kemudian dinamai Dinotyrannus megagracilis pada tahun 1995. Fosil-fosil tersebut sekarang dianggap sebagai Tyrannosaurus rex muda. Pengecualiannya adalah sebuah tengkorak