Edmontosaurus thuộc họ hadrosauridae hay khủng long mỏ vịt, cho đến nay họ khủng long này chỉ được biết đến từ cuối kỷ Phấn trắng. Chi này được phân loại vào họ saurolophinae (hay hadrosaurinae), một nhánh hadrosaurid không có mào rỗng. Các thành viên khác của nhóm bao gồm Brachylophosaurus, Gryposaurus, Lophorhothon, Maiasaura, Naashoibitosaurus, Prosaurolophus và Saurolophus.[8] Chi này có liên quan chặt chẽ với[33] hoặc bao gồm cả loài Anatosaurus annectens (hay Edmontosaurus annectens),[8] một loài hadrosaurid lớn từ các thành hệ kỉ Phấn trắng mới nhất của miền tây Bắc Mỹ. Loài khủng long mỏ vịt khổng lồ từ Trung Quốc Shantungosaurus giganteus cũng tương tự về mặt giải phẫu như Edmontosaurus; M. K. Brett-Surman thấy rằng hai loài này chỉ khác nhau về các chi tiết liên quan đến kích thước lớn hơn của Shantungosaurus, dựa trên những gì đã được mô tả về chi này.[34]

Trong khi Edmontosaurus được coi như là một saurolophine hoặc (= "hadrosaurine") chưa được thử thách, vị trí chính xác của nó trong nhánh này là không chắc chắn. Những cây phát sinh loài sớm, như được trình bày trong chuyên khảo 1942 của RS Lull và Nelda Wright, đã gộp Edmontosaurus và nhiều loài Anatosaurus (hầu hết trong số đó sau này sẽ được coi là loài bổ sung hoặc mẫu vật của Edmontosaurus) thành một nhánh của các loài hadrosaur đầu phẳng.[35] Một trong những phân tích đầu tiên sử dụng phương pháp miêu tả theo nhánh học tìm thấy chúng có liên kết với Anatosaurus (= Anatotitan) và Shantungosaurus trong một nhánh "edmontosaur" không chính thức, được ghép nối với nhánh "sauroloph" có mào nhọn và có quan hệ xa hơn với các "brachylophosaur" và "gryposaur" mõm cong.[33] Một nghiên cứu vào năm 2007 thực hiện bởi Terry Gates và Scott Sampson tìm thấy kết quả tương tự, trong đó Edmontosaurus vẫn gần Saurolophus và Prosaurolophus và xa hơn Gryposaurus, Brachylophosaurus, và Maiasaura.[32] Tuy nhiên, đánh giá gần đây nhất của hadrosauridae, bởi Jack Horner và các đồng nghiệp (2004), đã cho một kết quả đáng chú ý khác: Edmontosaurus được lồng giữa Gryposaurus và các "brachylophosaur", và cách xa Saurolophus.[8] Sự sai lệch phức tạp này là do các nghiên cứu về quan hệ tiến hóa giữa các loài hadrosaurine vẫn còn ít.