Różnią się one nieznacznie od zębów występujących u obecnie żyjących osobników, dlatego też czasami są mylnie identyfikowane jako należące do żarłacza białopłetwego (C. longimanus). Inne zęby żarłacza ciemnoskórego odkryto w pobliżu skamielin wielorybów na obszarze obecnej Karoliny Północnej: jeden pochodzący z wapiennych skał formacji Goose Creek Limestone datowanych na późny pliocen (3,5 Ma) oraz drugi wydobyty z błota z przełomu plejstocenu i holocenu (12 tys. lat temu).
W pracy dotyczącej badań filogenetycznych żarłaczowatych na podstawie cech morfologicznych, opublikowanej w 1982 roku, Jack Garrick umieścił żarłacza ciemnoskórego wraz z żarłaczem galapagoskim (C. galapagensis) w centrum "grupy obscurus", do której włączył również żarłacza karaibskiego (C. perezi), żarłacza brunatnego (C. plumbeus), żarłacza białopłetwego (C. longimanus) i C. altimus. Grupa ta obejmuje duże gatunki rekinów, które posiadają regularne trójkątne zęby i wyraźny łuk pomiędzy płetwami grzbietowymi (interdorsal ridge). W 1988 roku Leonard Compagno, opierając się na fenetycznych badaniach, potwierdził to założenie, dołączając do tego kladu również żarłacza srebrnopłetwego (C. albimarginatus), a żarłacza karaibskiego umieszczając w osobnym kladzie z C. amblyrhynchos i C. wheeleri.