Systematyka Lepilemur dziuplowy opisany został w 1975 przez francuskich zoologów Rumplera i Albignaca jako Lepilemur septentrionalis ankaranensis, czyli podgatunek lepilemura północnego. Jako miejsce typowe podano Madagaskar, las Analamerana. Holotyp to skóra i czaszka samicy (sygnatura MNHN-ZM-MO-1974-77) ze zbiorów Muzeum Historii Naturalnej w Paryżu; okaz zebrany przez Albignaca. Za odrębny gatunek uznano go dzięki badaniom cytogenetycznym opisanym przez Rumplera et al. w 2001.
Nie wyróżnia się podgatunków.
Badania genetyczne z 2006 wskazały na bliskie pokrewieństwo lepilemurów dziuplowego i północnego. Łączą je dwie translokacje telomer-centromer i jedna robertsonowska, jednak lepilemur dziuplowy posiada też translokację robertsonowską nieobecną u lepilemura północnego.
W 2017 Lei et al. opublikowali analizę filogenetyczną, w której zbadano mtDNA 26 gatunków lepilemurów, potwierdzając monofiletyzm 25 linii i wykrywając klad Lepilemur mittermeieri + Lepilemur dorsalis. W efekcie uzyskano następujące drzewo, na którym lepilemur dziuplowy i lepilemur obrączkowany stanowią gatunki siostrzane (uproszczono):
Etymologia Lepilemur: ‘czarujący, elegancki’, od lepos, leporis ‘czar, urok’;