Cá da trơn là một nhóm đơn ngành. Điều này được hỗ trợ bằng các chứng cứ phân tử[4].

Cá da trơn thuộc về siêu bộ gọi là Ostariophysi, bao gồm các bộ khác như Cypriniformes, Characiformes, Gonorynchiformes và Gymnotiformes, với đặc trưng chung của siêu bộ này là sự hiện diện của cơ quan Weber - một kết cấu nối bong bóng với bộ phận thu âm của cá. Một số tác giả đặt bộ Gymnotiformes như là một phân bộ của Siluriformes, tuy nhiên điều này ít được chấp nhận. Hiện tại, người ta cho rằng bộ Siluriformes là nhóm có quan hệ chị-em với bộ Gymnotiformes, mặc dù điều này gây tranh cãi do các kết quả từ nghiên cứu phân tử gần đây (2006).[5] Tại thời điểm năm 2007, người ta công nhận khoảng 36 họ cá da trơn còn tồn tại với khoảng 3.023 loài còn tồn tại đã được miêu tả[6]. Điều này làm cho bộ cá da trơn trở thành bộ động vật có xương sống đứng hàng thứ hai/thứ ba về sự đa dạng; trên thực tế, khoảng 1 trên 20 loài động vật có xương sống là cá da trơn[7].

Phân loại của bộ Cá da trơn thay đổi rất nhanh. Trong một bài báo năm 2007, Horabagrus, Phreatobius và Conorhynchos không được phân loại trong bất kỳ họ cá da trơn nào.[6] Cũng có một số bất đồng về địa vị họ của một số nhóm; chẳng hạn, Nelson (2006) liệt kê Auchenoglanididae và Heteropneustidae như là các họ riêng biệt, nhưng All Catfish Species Inventory (ACSI) lại gộp chúng vào các họ khác. Ngoài ra, FishBase và ITIS liệt kê Parakysidae như một họ riêng, trong khi nhóm này lại được cả Nelson (2006) và ACSI gộp vào trong họ Akysidae[5][8][9][10] Nhiều nguồn khác không liệt kê họ mới sửa đổi gần đây là Anchariidae[11]. Họ Horabagridae, bao gồm Horabagrus, Pseudeutropius và Platytropius, cũng không được một số tác giả liệt kê nhưng lại được những người khác coi là một nhóm thật sự[4]. Vì thế, số lượng các họ là không đồng nhất giữa các tác giả. Số lượng loài cũng luôn luôn thay đổi vì các nghiên cứu trong phân loại cũng như từ sự miêu tả các loài mới. Nhưng có lẽ, kiến thức chung về cá da trơn có thể sẽ được tăng lên trong những năm tới nhờ các công trình của ACSI[5].

Tần suất miêu tả các loài cá da trơn mới là rất cao. Trong giai đoạn 2003-2005, trên 100 loài đã được đặt tên, một tốc độ cao gấp 3 lần so với thế kỷ vừa qua[12]. Tháng 6 năm 2005, các nhà khoa học đã đặt tên cho một họ cá da trơn mới là Lacantuniidae, là họ cá mới thứ ba trong vòng 70 năm qua (hai họ kia là cá vây tay (Latimeriidae) năm 1938 và cá mập miệng to (Megachasmidae) năm 1983). Loài mới trong họ Lacantuniidae, Lacantunia enigmatica, đã được tìm thấy tại khu vực sông Lacantun ở Chiapas, Mexico[13].

Năm 2014, các nhà khoa học đã tìm thấy hóa thạch ở vùng biển Nam Mỹ từ thế Trung Tân thuộc kỷ Neogen của một loài cá da trơn mới, được xếp vào một chi mới chưa thuộc về họ nào: Kooiichthys ion.[14]

Quan hệ giữa các họ

Quan hệ giữa các họ là tương đối không rõ ràng[15]. Phân loại của các siêu họ cũng biến đổi. Nhiều họ cá da trơn được phân loại trong chính siêu họ của chúng[5].

Dựa trên các dữ liệu hình thái học, họ Diplomystidae thông thường được coi là họ nguyên thủy nhất trong các họ cá da trơn và là nhóm có quan hệ chị-em với nhóm bao gồm các họ còn lại, một nhánh được gọi là Siluroidei. Nghiên cứu phân tử gần đây ngược lại với giả thiết đang thịnh hành này, trong đó phân bộ Loricarioidei lại được coi là nhóm chị-em với toàn bộ phần còn lại của cá da trơn, bao gồm cả Diplomystidae (Diplomystoidei) và Siluroidei; mặc dù nó không đủ để loại bỏ giả thiết cũ, nhưng giả thiết mới không phải là không được hỗ trợ. Siluroidei là nhóm đơn ngành mà không có các họ trong nhóm Loricarioid hay họ Diplomystidae với các chứng cứ phân tử; nhưng các chứng cứ hình thái học lại không hỗ trợ Siluroidei mà không có Loricarioidea[4].

Dưới đây là danh sách quan hệ họ hàng theo các tác giả khác nhau. Lacantuniidae được gộp trong biểu đồ của Sullivan, dựa trên chứng cứ gần đây cho rằng nó là nhóm chị-em với Claroteidae[16].