Wszystkie zwierzęta są klasyfikowane według siedmioczęściowego systemu klasyfikacji. Rodzaj zwierzęcia zależy od omawianego poziomu taksonomicznego. Najszerszy poziom to królestwo, a następnie gromada, klasa, porządek, rodzina, rodzaj i gatunek. Wszystkie ośmiornice należą do rzędu Octopoda. Octopoda należy do klasy Cephalopoda, co oznacza, że ośmiornice są głowonogami. Głowonogi są częścią gromady Mollusca, co oznacza, że ośmiornice są również mięczakami.
Klasa: Głowonogi
Ośmiornice to głowonogi. Głowonogi charakteryzują się wieloma ramionami lub mackami, dużymi głowami i symetrycznymi ciałami. Wszystkie głowonogi żyją w słonej wodzie. Są podzielone na dwie podklasy. Ośmiornice wraz z kałamarnicami i mątwą należą do Coleoidea, głowonogów o miękkim ciele. Głowonogi należące do drugiej podklasy, Nautiloidea, mają muszle.
Gromada: Mięczak
Ośmiornice to mięczaki, klasyfikacja obejmująca ślimaki, takie jak ślimaki i ślimaki, małże, takie jak małże i ostrygi oraz kilka innych odrębnych klas. Mięczaki stanowią ponad 23 procent sklasyfikowanych organizmów morskich, więcej niż jakakolwiek inna gromada, a także występują na lądzie i w wodach słodkich. Wiele mięczaków ma zewnętrzne skorupy, ale inne, w tym ośmiornice, nie.
Bezkręgowy
Mówiąc szerzej, ośmiornice to bezkręgowce. Ta klasyfikacja obejmuje wszystkie gatunki zwierząt z wyjątkiem tych należących do podtypu Vertebrata, który obejmuje ryby, ssaki, gady, ptaki i płazy. Bezkręgowce charakteryzują się brakiem kręgosłupa.
Protostomy
Ośmiornice to protostomy. Ta klasyfikacja opiera się w dużej mierze na rozwoju embrionalnym. Wszystkie dwustronnie symetryczne zwierzęta dzieli się na dwie grupy: protostomy i deuterostomy. Na wczesnym etapie rozwoju w zarodku powstaje wgniecenie lub zagłębienie zwane blastoporem. W deuterostomach, które obejmują wszystkie kręgowce, wgłębienie to ostatecznie tworzy się w odbycie. W protostomach, takich jak ośmiornice, blastopory formują się w jamie ustnej.