Równocześnie na podstawie kilku cech zębów wykazał, że nie jest to kolejny gatunek z rodzaju Ceratosaurus, lecz jego przodek. Huene tego samego roku zaliczył również ceratozaura i proceratozaura do rodziny Ceratosauridae, którą zaklasyfikował do celurozaurów. Obecnie Ceratosaurus jest jednak uważany za przedstawiciela grupy Ceratosauria, a nie Coelurosauria. Holtz (2000) wykazał, że proceratozaur jest bardziej bazalny niż ornitolest, choć w późniejszych pracach (Holtz, 2001, Holtz i inni, 2004) sklasyfikował je jako taksony siostrzane. Oliver Rauhut (2003) uznał proceratozaura za najbardziej bazalnego celurozaura, jednak Naish (w internecie, 2006) zauważył, że Rauhut w swojej niepublikowanej pracy uważa proceratozaura za bazalnego tyranozauroida. Według opublikowanej w 2010 roku analizy filogenetycznej przeprowadzonej przez Rauhuta, Angelę Milner i Scotta Moore'a-Faya Proceratosaurus jest bazalnym przedstawicielem tyranozauroidów – dla grupy obejmującej taksony bliżej spokrewnione z nim niż z tyranozaurem, allozaurem, kompsognatem, celurem, ornitomimem lub deinonychem autorzy ukuli nazwę Proceratosauridae. Taksonem siostrzanym proceratozaura i jedynym znanym oprócz niego przedstawicielem tej grupy jest Guanlong, również mający grzebień nosowy.