Mimo nazwy, rekin wielorybi to ryba z podrodzaju Elasmobranchii, rodzina Rhincodontidae (jedyny gatunek Rhincodon typus). Blisko spokrewnione z płaszczkami i rakami: mają szkielet chrzęstny, 5-7 szczelin piskowych po obu stronach głowy i spiracula (otwory za oczami) umożliwiające oddychanie powietrzem u powierzchni.