เพนกวินจักรพรรดิได้รับการบรรยายจำแนกครั้งแรกในปี ค.ศ. 1844 โดยนักสัตวศาสตร์จอร์จ โรเบิร์ต เกรย์ผู้ตั้งชื่อสามัญที่มาจากภาษากรีกว่า “ἀ-πτηνο-δύτης” [a-ptēno-dytēs] ที่แปลว่า “นักดำน้ำไร้ปีก” ส่วนชื่อวิทยาศาสตร์ตั้งโดยนักธรรมชาติวิทยาชาวเยอรมันชื่อโยฮันน์ ไรน์โฮล์ด ฟอร์สเตอร์ผู้ร่วมเดินทางไปกับกัปตันเจมส์ คุกในการสำรวจมหาสมุทรแปซิฟิกครั้งที่สองระหว่างปี ค.ศ. 1772 ถึง ค.ศ. 1775 นอกจากเพนกวินจักรพรรดิแล้ว ฟอร์สเตอร์ก็ยังตั้งชื่อเพนกวินอื่นๆ อีกห้าสปีชีส์

เพนกวินจักรพรรดิและเพนกวินกษัตริย์ (A. patagonicus) ที่มีลักษณะและสีที่คล้ายคลึงกัน แต่เพนกวินกษัตริย์มีขนาดเล็กกว่าเพนกวินจักรพรรดิ ทั้งสองเป็นสปีชีส์ของสกุล “นกดำน้ำไร้ปีก” สปีชีส์ที่สามเป็นซากดึกดำบรรพ์—เพนกวินริดเกน (A. ridgeni) —พบในบันทึกของซากดึกดำบรรพ์ตั้งแต่ปลายสมัยพลิโอซีน ซึ่งเป็นเวลาราวสามล้านปีมาแล้วในประเทศนิวซีแลนด์[2] จากการศึกษาพฤติกรรมของพันธุศาสตร์แสดงว่าสกุล “นกดำน้ำไร้ปีก” เป็นฐานตระกูล (basal) หรือเป็นบรรพบุรุษของเพนกวินที่แยกมาเป็นสปีชีส์ต่างๆ ทั้งหมด[3] เมื่อพิจารณาทางด้านพันธุกรรมแล้ว ไมโทคอนเดรียและนิวเคลียสของดีเอ็นเอแสดงให้เห็นว่าการแยกตัวมาเป็นสปีชีส์ต่างๆ เกิดขึ้นเมื่อประมาณ 40 ล้านปีมาแล้ว[4]