José Bonaparte włączył niegdyś do omawianej rodziny także południowoamerykańskiego pisanozaura, ale obecnie uznaje się to zwierzę za bardziej bazalnego przedstawiciela ptasiomiednicznych.
Kladogram Heterodontosauridae według Sereno (2012) Taksonomiczną zawartość rodziny ustalono stosunkowo dobrze w porównaniu z jej niepewną pozycją filogenetyczną. Kilka wczesnych badań sugerowało, że heterodontozaury były bardzo prymitywnymi ptasiomiednicznymi. Kierując się domniemanymi podobieństwami w morfologii kończyn przednich, Robert Bakker spekulował o bliskim pokrewieństwie łączącym heterodontozaury i wczesne zauropodomorfy (jak anchizaur). Heterodontosauridae stanowiłyby więc pomost pomiędzy dinozaurami ptasio- i gadziomiednicznymi. Jednak dominująca przez ostatnie kilka dekad hipoteza umieszcza tę rodzinę pośród bazalnych ornitopodów. Zasugerowano też istnienie wspólnego przodka heterodontozaurów i marginocefali (pachycefalozaurów i ceratopsów). Hipoteza ta znalazła poparcie w licznych współczesnych badaniach. Hipotetyczny klad łączący heterodontozaury i marginocefale nazwano heterodontozaurokształtnymi (Heterodontosauriformes).