Dawniej za najbliżej spokrewnioną z mewą widłosterną uważano mewę obrożną (Xerna sabini). Opierano się na podobieństwach w upierzeniu i budowie ciała, zarówno szkieletu, jak i tkanek miękkich. W 2000 ukazały się wyniki badań z wykorzystaniem sekwencji mitochondrialnego genu cytochromu b oraz regionu kontrolnego mtDNA, którym objęto 32 gatunki mew. Mewa widłosterna ma według nich stanowić takson siostrzany wobec mewy małej (Hydrocoloeus minutus, wówczas Larus minutus). W 2005 opublikowano wyniki badań z użyciem tych samych sekwencji, jednak dla 53 gatunków mew – wszystkich według przyjętego ujęcia. Autorzy odrzucili wcześniejsze hipotezy o bliskim pokrewieństwie mewy widłosternej z małą. Według uzyskanych wyników C. furcatus reprezentuje klad bazalny podrodziny mew, jednak ich pewność jest umiarkowana. Pons et al. (2005) wskazali konieczność dalszych badań molekularnych, które pozwoliłyby ustalić pozycję mewy widłosternej w obrębie podrodziny. Inne wyniki uzyskali Baker et al. (2007), którzy skupili się na 90 z 96 rodzajów w rzędzie siewkowych, nie gatunkach, i wykorzystali sekwencje 12S rRNA, ND2, cytochromu b oraz RAG1. Część rodziny Laridae nieobejmująca rybołówek i atolówki (1. i 2. grupa zewnętrzna) dzieli się według nich na dwa klady.