アノマロカリス類
近縁の古生物として、上述のオパビニア（Opabinia）、パンブデルリオン （"Pambdelurion"）とケリグマケラ （"Kerygmachela"）がある。いずれもアノマロカリス類と同様にDinocaridida綱に属し、一連のヒレと特化した前部付属肢を持ち、「Gilled lobopodians」（鰓のある葉足動物）とも呼ばれた動物群である。アノマロカリス類に似通う特徴は他にもいくつか見られ、例えばオパビニアの特殊化した尾ヒレ・「setal blades」を有し・眼が眼柄にあることが本群と共通し、パンブデルリオンは放射状の歯をもち、ケリグマケラは複眼様の多数のレンズからなる眼がある。
アノマロカリス類
これらの動物は、節足動物のステムグループに属すると考えられ、そのうちアノマロカリス類、オパビニアと真節足動物はお互いの姉妹群とする知見が一般的である。デボン紀のアノマロカリス類であるシンダーハンネスの発見は、アノマロカリス類が真節足動物をも含んだ側系統である可能性も示していたが、この異説はのちに否定的とされる向きがある（該当記事を参照）。