Ustalenie pozycji filogenetycznej Chimaerasuchus jest trudne, ponieważ nie zachowały się podniebienie i dach czaszki, mające duże znaczenie w systematyce krokodylomorfów. Ponadto zachowany materiał jest fragmentaryczny i cechuje się dużą liczbą autapomorfia. Według przeprowadzonej przez Wu i Suesa analizy filogenetycznej Chimaerasuchus jest taksonem siostrzanym dla Notosuchus i przez autorów został zaklasyfikowany do rodziny Notosuchidae. Większość sugeruje bliskie pokrewieństwo Chimaerasuchus ze Sphagesaurus. Jeśli Chimaerasuchus należałby do rodziny Sphagesauridae, byłby jej jedynym azjatyckim przedstawicielem – pozostali członkowie tej grupy (Sphagesaurus, Armadillosuchus, Yacarerani i przypuszczalnie Adamantinasuchus) są znani wyłącznie z górnokredowych osadów Basenu Bauru w Brazylii. Niektóre sugerują, że może on być bardziej bazalnym przedstawicielem Notosuchia, a Marinho i Carvalho (2009) stwierdzili, że uzębienie i budowa żuchwy dowodzi, że rodzaj ten w ogóle nie należy do Notosuchia.