Arenysaurus est caractérisé par un dôme frontal très proéminent, par des processus postcotyloïde (squamosal) et jugal (postorbital) verticalisés et par une crête deltopectorale de l’humérus, orientée antérieurement. De plus, Arenysaurus montre une combinaison unique de caractères : frontal court (longueur/largeur environ 0,5) ; crête médiane du pariétal située au niveau de la barre postorbital-squamosal ; pariétal exclu de l’occiput ; squamosal bas au-dessus de la cavité cotyloïde. Une analyse phylogénétique montre qu’Arenysaurus est un lambéosauriné plutôt basal et le groupe frère d’Amurosaurus et du clade Corythosaurini-Parasaurolophini. Les relations phylogénétiques et biogéographiques d’Arenysaurus et d’autres lambéosaurinés suggèrent une connexion paléogéographique entre l’Asie et l’Europe, au cours du Crétacé supérieur
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