Analiza filogenetyczna bazująca na mitochondrialnym DNA przeprowadzona przez Gavina Naylora i innych w 1997 roku sugeruje, że rekin piaskowy i jego krewniak Odontaspis noronhai, są spokrewnione bliżej z kosogonowatymi (Alopiidae) niż z tawroszem piaskowym (Carcharias taurus), do którego wykazują największe podobieństwo. Gdyby to się potwierdziło, może to oznaczać, że podobieństwa morfologiczne między tymi gatunkami powstały w wyniku ewolucji konwergentnej. Skamieniałe zęby należące do tego gatunku, odkryte we Włoszech i Wenezueli, datowane są na dolny Pliocen (5,3–3,6 Ma).
Cechy morfologiczne thumb|left|Widoczna różnica w rozmiarze płetw grzbietowych Rekin piaskowy ma masywne wydłużone wrzecionowate ciało. Pysk lekko spłaszczony z uniesionym ku górze czubkiem oraz U-kształtnym otworem gębowym. Oczy są średniej wielkości, z dużymi okrągłymi źrenicami (w przeciwieństwie do tawrosza piaskowego, który ma szczelinowate źrenice), pozbawione fałd półksiężycowatych spojówek (ochraniających migotkę). W otworze gębowym znajdują się ciasno rozmieszczone wystające ku przodowi zęby. Pierwszy rząd zębów ułożony jest pionowo, a każdy kolejny coraz bardziej pochylony ku tyłowi. Trzon górnych zębów jest masywny i wrzecionowaty o piłkowanych krawędziach po obu stronach, podstawa jest szeroka, bocznie spłaszczona.