W 2006 Robert Sullivan zasugerował, że ANSP 8568 bardziej odpowiada kościom przypisywanym rodzajowi Dracorex, niż pachycefalozaurzym. Trudno określić znaczenie tej kwestii, albowiem niektórzy badacze sądzą, że Dracorex to młodociany Pachycephalosaurus.
P. wyomingensis, gatunek typowy i obecnie jedyny pewny w swym rodzaju, został nazwany przez Charlesa W. Gilmore'a w 1931. Naukowiec ukuł go dzięki fragmentarycznej czaszce USNM 12031 z formacji Lance z hrabstwa Niobrara w Wyoming. Gilmore zaliczył go do rodzaju Troodon jako T. wyomingensis. W tym czasie paleontolodzy uważali tego drapieżnika znanego podówczas jedynie z zębów za to samo stworzenie, co stegocerasa, posiadającego podobne zęby. W związku z tym dzisiejsze pachycefalozaury zaliczano do rodziny troodontów. Błąd skorygowano w 1945, czego dokonał Charles Mortram Sternberg.
W 1943 Barnum Brown i Erich Maren Schlaikjer, dysponujący nowszym i bardziej kompletnych materiałem, utworzyli rodzaj Pachycephalosaurus i umieścili w nim typowy gatunek "T. wyomingensis", a także dwa inne: Pachycephalosaurus grangeri oraz Pachycephalosaurus reinheimeri. P. grangeri bazował na AMNH 1696, prawie kompletnej czaszce z formacji Hell Creek w Ekalaka w montańskim hrabstwie Carter. P.