Systematyka Dinozaury grubogłowe należą do marginocefali, do której zalicza się także ceratopsy. Systematyka Pachycefalozaurów nie jest jeszcze dobrze rozpoznana. Ich szczątki zwykle są niekompletne, a zazwyczaj mamy do czynienia głównie z pozostałościami czaszki. To na nich opiera się systematyka tych dinozaurów. Występowały w niej liczne błędy, jak np. uznany kiedyś za przedstawiciela pachycefalozaurów mażungatol znany dziś jako teropod mażungazaur z grupy abelizaurów. Podobne wątpliwości dotyczą jawerlandii.
Klasyfikację dodatkowo utrudnia dymorfizm płciowy, a także duże zmiany w organizmie podczas rozwoju ontogenetycznego osobnika.
Infrarząd Pachycephalosauria (= Pachycephalosauridae sensu Sullivan 2006) ?Micropachycephalosaurus ?Ferganocephale ?Stenopelix Wannanosaurus Nadrodzina Homalocephaloidea Homalocephale Incertae sedis: Ornatotholus Rodzina Pachycephalosauridae (= "Psalisauridae", "Tholocephalidae") Stegoceras Goyocephale Incertae sedis: Gravitholus Podrodzina Pachycephalosaurinae (= "Domocephalinae") Tylocephale Prenocephale Sphaerotholus Colepiocephale Hanssuesia Alaskacephale Plemię Pachycephalosaurini (sensu Sullivan 2006) Stygimoloch Dracorex Pachycephalosaurus