แม้ว่าอนุกรมวิธานของวาฬเพชฌฆาตจะชัดเจนในระดับสกุลและระดับวงศ์ (Delphinidae) แต่ความสัมพันธ์ระหว่างวาฬเพชฌฆาตกับวาฬมีฟันอื่น ๆ วาฬเพชฌฆาต (หน่วยย่อย Odontoceti) นั้นไม่ชัดเจน วาฬเพชฌฆาตเทียม ( Pseudorca crassidens ) วาฬเพชฌฆาตแคระ ( Feresa attenuata ) โลมา Risso ( Grampus griseus ) และวาฬนำร่อง ( สายพันธุ์ Globicephala ) เชื่อกันว่าเป็นญาติกับวาฬเพชฌฆาต วาฬเพชฌฆาตบางครั้งถูกกำหนดให้อยู่ในวงศ์ย่อยของ Delphinidae: Orcininae (วาฬเพชฌฆาตและเครือญาติ)