Jeśli akrokantozaur należał do Allosauridae, był najbliżej spokrewniony z jurajskimi rodzajami, takimi jak Allosaurus i Saurophaganax. Analizy kladystyczne klasyfikujące go jako karcharodontozauryda przeważnie wykazywały, że jest formą bardziej bazalną niż afrykański Carcharodontosaurus i południowoamerykański Giganotosaurus. Odkryty w Anglii neowenator jest często uważany za jeszcze bardziej pierwotnego karcharodontozauryda. To sugerowałoby, że rodzina powstała w Europie, a następnie rozprzestrzeniła się na kontynenty południowe (będące wówczas częścią superkontynentu Gondwany). Jeśli akrokantozaur był karcharodontozaurydem, wówczas zasięg występowania członków tej rodziny objąłby również Amerykę Północną. Nowsze analizy sugerują jednak, że Neovenator nie należy do karcharodontozaurów, lecz ich grupy siostrzanej – Neovenatoridae. Wszyscy znani przedstawiciele Carcharodontosauridae żyli w środku okresu kredowego.
Nowsze analizy kladystyczne przeważnie wspierają hipotezę o przynależności akrokantozaura do Carcharodontosauridae – często jest on w nich umieszczany jako takson siostrzany dla opisanej w 2008 roku eokarcharii.