Z analizy przeprowadzonej w oparciu o macierz danych z analizy Carballido i Sandera (2014) wynika, że Diamantisaurus jest taksonem siostrzanym do południowoamerykańskiego rodzaju Tapuiasaurus; natomiast z analizy przeprowadzonej w oparciu o macierz danych z analizy Manniona i współpracowników (2013) wynika, że Diamantisaurus jest taksonem siostrzanym do azjatyckiego rodzaju Opisthocoelicaudia.
Na terenie formacji Winton pod koniec wczesnej kredy – oprócz Diamantinasaurus – występował również inny zauropod z grupy Titanosauriformes – Wintonotitan – oraz teropod Australovenator. Fauna wczesnokredowej Australii była zróżnicowana i obejmowała zarówno formy plezjomorficzne, takie jak Wintonotitan i Australovenator, oraz zaawansowane, jak Diamantinasaurus. W rzecznych osadach formacji Winton odkryto również szczątki różnych kręgowców lądowych i wodnych – ryb, krokodylomorfów, żółwi – oraz małży. Tak jak inne zauropody Diamantinasaurus był czworonożnym roślinożercą. Mógł żywić się roślinami okrytonasiennymi, araukariami, miłorzębami lub paprotnikami, których skamieniałości również odnaleziono w formacji Winton.