Analiza filogenetyczna na podstawie danych allozymowych, opublikowanych przez Gavina Naylora w 1992 roku, wskazuje, że C. obscurus tworzy klad z C. galapagensis, siostrzany dla C. longimanus i żarłacza jedwabistego (C. falciformis). Z badań molekularnych czterech loci mitochondrialnych (COI, NADH-2, CytB, 16S RNA) oraz jednego locus jądrowego (Rag-1) wynika, że gatunek ten jest najbliżej spokrewniony z żarłaczem błękitnym (P. glauca), C. perezi, C. longimanus oraz C. sorrah.
Analiza mitochondrialnego locus NADH-2 przeprowadzona w 2012 roku przez Naylora i współpracowników wykazała, że C. obscurus i C. galapagensis tworzą wspólny klad. Co więcej wykazała, że różnice na poziomie loci NADH-2 u osobników C. obscurus wyłowionych w wodach Indo-Pacyfiku oraz okazów C. galapagensis pozyskanych na Hawajach są bardzo nieznaczne. Możliwe, że jest to w rzeczywistości jeden takson, co może poskutkować synonimizacją żarłacza galapagoskiego z żarłaczem ciemnoskórym. Jednakże badanie przeprowadzone na osobnikach obu gatunków wyłowionych z Oceanu Atlantyckiego zaprzeczają tej tezie, gdyż okazy obu gatunków pozyskane na tym obszarze wykazują znaczne różnice. Być może, pochodzące z Hawajów osobniki uznane za C. galapagensis są w rzeczywistości oceaniczną formą C.