Nie wyróżnia się podgatunków.
Obok pingwina królewskiego pingwin cesarski jest jednym z dwóch żyjących gatunków z rodzaju Aptenodytes. Dowody na istnienie trzeciego gatunku – pingwina Ridgena (A. ridgeni) – w postaci skamieniałości odnaleziono w Nowej Zelandii w zapisach kopalnych z późnego pliocenu, z okresu sprzed około trzech milionów lat.
Genetyka Na podstawie badań nad zachowaniami i genetyką pingwinów zaproponowano, że rodzaj Aptenodytes jest bazalny w obrębie rzędu Sphenisciformes, innymi słowy, że wydzielił się z gałęzi, która prowadzi do wszystkich pozostałych, żyjących gatunków pingwinów. Dowody mitochondrialne i oparte na jądrowym DNA sugerują, że rozdzielenie nastąpiło około 40 milionów lat temu. Inne badania sugerują że nastąpiło to we wczesnej epoce miocenu w chłodnych regionach przybrzeżnych Australii i Nowej Zelandii. Przodkowie pingwina królewskiego i cesarskiego odłączyli się od innych pingwinów i przenieśli odpowiednio na wody subantarktyczne i antarktyczne, prawdopodobnie w celu wykorzystania obfitych zasobów żywności.
Dawniej dopuszczano możliwość że Aptenodytes i Pygoscelis razem reprezentują klad siostrzany dla wszystkich innych żyjących pingwinów, wyniki badań wskazujących na to mogły wynikać z introgresji.