Le cerf des pampas fait partie de la sous-famille des Odocoileinae, qui englobe les cervidés du Nouveau Monde. Ces cerfs ont évolué vers des espèces qui vivent dans des environnements forestiers, comme ceux des genres Mazama et Pudu, et vers celles qui vivent dans des environnements ouverts, comme le cerf des marais.
Il est probablement apparu au cours du Pléistocène, avec des archives fossiles de cette période au Brésil et en Uruguay, et de l'Holocène en Argentine. De tels fossiles du Quaternaire ont été décrits comme Cervus pampaeus par Auguste Bravard en 1857, mais ce nom a été considéré comme synonyme de cerf des pampas depuis 1943 par Ángel Cabrera.
Des études moléculaires corroborent la monophylie du genre Ozotoceros et le placent comme un groupe frère du taruca (Hippocamelus antisensis). Cependant, les données morphométriques du crâne placent le cerf de la pampa comme étant plus étroitement lié au cerf des marais ( Blastocerus dichotomus ). [ 9 ] Il a également été suggéré que le cerf des pampas, avec le cerf des marais, formait un clade avec le genre Odocoileus, dont fait partie le cerf de Virginie (Odocoileus virginianus). Cependant, les cerfs des pampas et les cerfs des marais partagent des synapomorphies avec les genres Mazama et Pudu.