Z niektórych analiz filogenetycznych wynika, że najbliższym znanym krewnym Antetonitrus był lessemzaur.
Zależnie od przyjętej definicji filogenetycznej zauropodów Antetonitrus może być przedstawicielem tej grupy lub też znaleźć się poza nią. Wilson i Sereno (1998) zdefiniowali zauropody jako klad obejmujący rodzaj Saltasaurus i wszystkie zauropodomorfy bliżej spokrewnione z nim niż z rodzajem Plateosaurus, natomiast Yates (2007) zdefiniował zauropody jako największy (obejmujący najwięcej gatunków) klad, do którego należy Saltasaurus loricatus, ale do którego nie należy Melanorosaurus readi; przy przyjęciu którejś z tych definicji Antetonitrus należałby do zauropodów. Pierwszą definicję filogenetyczną zauropodów zaproponowali jednak Salgado, Coria i Calvo (1997), definiując je jako klad obejmujący ostatniego wspólnego przodka Vulcanodon karibaensis i euzauropodów oraz wszystkich jego potomków; definicję tę przyjęli też McPhee i współpracownicy (2014). Antetonitrus nie należał do tak definiowanych zauropodów, był jednak jednym z najbliższych znanych krewnych tej grupy.