Castorocauda được phần lớn các tác giả (Quý và ctv., 2006) coi không phải là động vật có vú. Về mặt kỹ thuật, miêu tả theo nhánh học, định nghĩa của động vật có vú là nhóm chứa tổ tiên gần đây nhất của mọi loài động vật có vú còn sinh tồn (bao gồm cả thú đơn huyệt (bộ Monotremata), thú có nhau thai (cận lớp Eutheria) và thú có túi (cận lớp Marsupialia)) cùng các hậu duệ của chúng. Castorocauda là thành viên của bộ Docodonta, một nhóm đã tuyệt chủng hoàn toàn của Mammaliaformes, hay tiền-động vật có vú. Nó không có hậu duệ hiện đại nào đã biết.

Mục đích quan trọng của các nhà cổ sinh vật học là dò dấu vết về nguồn gốc và sự tiến hóa của những đặc trưng nhất định. Các đặc trưng giải phẫu cứng như răng và xương bảo tồn tốt trong các hồ sơ hóa thạch và là nguồn chủ yếu của thông tin về việc các động vật hóa thạch có quan hệ như thế nào với các đối tác hiện đại của chúng. Các đặc trưng giải phẫu mềm như nội tạng không phải lúc nào cũng được bảo tồn.

Phát hiện về hóa thạch được thực hiện năm 2004 trong các tầng giàu hóa thạch của tỉnh Liêu Ninh, Trung Quốc; nó được thông báo trong tạp chí Science bởi một tổ các nhà khoa học quốc tế do Quý Cường từ Đại học Nam Kinh dẫn đầu. Hóa thạch của Castorocauda được bảo tồn tốt đến mức đặc trưng quan trọng của giải phẫu mềm của nó— lông thú— còn được bảo tồn. Lông thú hiện diện ở mọi động vật có vú hiện đại và vì thế có giả định rằng, theo nguyên tắc tiết kiệm tối đa, thì nó phải hiện diện ở mọi dạng động vật có vú thật sự đã hóa thạch. Sự hiện diện của lông thú ở Castorocauda chỉ ra rằng nó không chỉ hiện diện ở động vật có vú, mà còn hiện diện ở các họ hàng gần nhất của chúng, nhóm Docodonta. Trên thực tế, lông thú ở nó dường như là một bộ lông thú dày rất phát triển, bao gồm cả lông ngoài thô ráp và lông mao mịn màng.

Các sỏi thính giác nhỏ của tai giữa và các khu vực gắn liền cũng được bảo tồn tốt ở hóa thạch Castorocauda này. Các đặc trưng của các xương này xác nhận vị trí tiến hóa của Docodonta là có quan hệ họ hàng với thú thật sự ít gần gũi hơn khi so với Hadrocodium, nhưng là gần gũi hơn khi so với các dạng Mammaliaformes khác như Morganucodon và Sinoconodon.

Trong nhóm Docodonta, Castorocauda dường như có quan hệ họ hàng với Krusatodon và Simpsonodon, cả hai đều là động vật dạng thú ở châu Âu. Điều này có thể là chứng cứ cho rằng châu Âu và châu Á đã trải qua sự trao đổi quần động vật trong thời kỳ Trung Jura. Hai châu lục này có thể sau đó đã bị tách biệt bởi eo biển Turgai.