Diều cá đầu xám thuộc họ Accipitridae, bộ Accipitriformes.[4] Lerner & Mindell xếp chúng vào phân họ Haliaeetinae, gồm chi Haliaeetus (đại bàng biển)[5] Loài này được Horsfield mô tả năm 1841 dưới tên Falco ichthyaetus.[6] Phân họ này có quan hệ gần với phân họ Milvinae (gồm hai chi, Milvus và Haliatur).[7] Một vài tài liệu xếp diều cá đầu xám vào chi Ichthyophaga.