Kaikki eläimet luokitellaan seitsemän osan luokitusjärjestelmän mukaan. Minkälainen eläin mustekala on, riippuu keskusteltavasta taksonomisesta tasosta. Laajin taso on valtakunta, jota seuraavat suvut, luokka, järjestys, perhe, suku ja lajit. Kaikki mustekalat kuuluvat Octopoda-luokkaan. Octopoda on osa Cephalopoda-luokkaa, mikä tarkoittaa, että mustekalat ovat pääjalkaisia. Cephalopoda on osa Molluscan suvua, mikä tarkoittaa, että mustekalat ovat myös nilviäisiä.
Luokka: Cephalopoda
Mustekalat ovat pääjalkaisia. Pääjalkaisille on ominaista useita käsivarret tai lonkerot, suuret päät ja symmetriset kappaleet. Kaikki pääjalkaiset elävät suolaisessa vedessä. Ne on jaettu kahteen alaluokkaan. Mustekalat sekä kalmari ja seepia kuuluvat Coleoideaan, pehmeään runkoon pääjalkaisiin. Toiseen alaluokkaan Nautiloidea kuuluvilla pääjalkaisilla on kuoret.
Turvapaikka: Mollusca
Mustekalat ovat nilviäisiä, luokittelu, johon kuuluvat gastropodit, kuten etanat ja etanat, simpukat, kuten simpukat ja osterit, ja useita muita erillisiä luokkia. Nilviäiset muodostavat yli 23 prosenttia luokitelluista meren eliöistä, enemmän kuin mikään muu turvapaikka, ja niitä esiintyy myös maalla ja makeassa vedessä. Monilla nilviäisillä on ulkoiset kuoret, mutta muilla, mukaan lukien mustekalat, ei.
Selkärangattomat
Vielä laajemmin, mustekalat ovat selkärangattomia. Tämä luokitus sisältää kaikki eläinlajit, lukuun ottamatta selkärankaisten alalajia, johon kuuluvat kalat, nisäkkäät, matelijat, linnut ja sammakkoeläimet. Selkärangattomille on ominaista selkärangan puute.
Protostomit
Mustekalat ovat protostomeja. Tämä luokitus perustuu suurelta osin alkion kehitykseen. Kaikki kahdenvälisesti symmetriset eläimet on jaettu kahteen ryhmään: protostomit ja deuterostomit. Varhaisessa kehitysvaiheessa alkioon muodostuu lohko tai blastoporeiksi kutsuttu masennus. Deuterostomeissa, joihin kuuluvat kaikki selkärankaiset, tämä kolo muodostuu lopulta peräaukkoon. Protostomeissa, kuten mustekaloissa, blastopore muodostuu suuhun.