Klasyfikacja Przeprowadzona przez autorów opisu Limusaurus analiza filogenetyczna uwzględniająca 413 cech morfologicznych 65 taksonów wykazała, że był on bazalnym ceratozaurem, stanowiącym takson siostrzany dla elafrozaura. Innymi blisko spokrewnionymi z Limusaurus dinozaurami są Spinostropheus i Deltadromeus. Te cztery teropody są grupą zewnętrzną dla kladu Ceratosaurus + Abelisauroidea, jednak ich pozycja jest niepewna. Według analizy Limusaurus i Elaphrosaurus są taksonami siostrzanymi, jednak łączy je tylko jedna synapomorfia – żebra szyjne złączone z odpowiadającymi im kręgami. Cecha ta występuje również u bardziej zaawansowanych ceratozaurów. Autorzy stwierdzają, że siostrzane relacje pomiędzy elafrozaurem a Limusaurus mogą zostać zachwiane. Dalsze porównania osteologiczne pomiędzy tymi dwoma teropodami oraz Spinostropheus i Deltadromeus są potrzebne w celu dokładniejszego ustalenia pokrewieństwa pomiędzy bazalnymi ceratozaurami. Późniejsza analiza przeprowadzona przez Diego Pola i Olivera Rauhuta (2012) potwierdza, że Limusaurus był taksonem siostrzanym dla elafrozaura, z którym to rodzajem oraz ze Spinostropheus tworzył klad siostrzany do kladu obejmującego abelizauroidy i ceratozaura.