Loài Canis lupus được ghi nhận lần đầu tiên bởi Carl Linnaeus trong ấn bản Systema Naturae của ông vào năm 1758, với việc phân loại tiếng Latinh dịch sang tiếng Anh "chó sói". Ba mươi bảy phân loài của Canis lupus được liệt kê dưới tên gọi chung của "chó sói" trong các loài động vật có vú của ấn bản thứ ba thế giới được xuất bản năm 2005. Phân loài được đề cử là chó sói Á-Âu (Canis lupus lupus), còn được gọi là sói phổ biến. Các phân loài bao gồm chó nhà, chó Dingo, chó sói phương Đông và sói đỏ Bắc Mỹ, nhưng các loài C. l. italicus và C. l. communis là từ đồng nghĩa của C. l. lupus. Tuy nhiên, việc phân loại một số loài hoặc phân loài gần đây đã được thử thách.

Hiện các nhà phân loại học đang tranh cãi về số loài phụ của sói xám với khoảng 39-42 phân loài đang tồn tại và hóa thạch tuyệt chủng. Một số loài sau đây được biết đến

• Canis lupus lupus: Sói Á Âu, Chó sói thông thường
• Canis lupus albus: Sói đài nguyên, Sói lãnh nguyên, Sói đồng rêu
• Canis lupus alces: Sói bán đảo Kenai
• Canis lupus arabs: Sói Ả rập
• Canis lupus baileyi: Sói Mexico, Sói Mexico
• Canis lupus beothucus: Sói Newfoundland
• Canis lupus bernardi: Sói Bernard
• Canis lupus campestris: Sói đồng bằng
• Canis lupus chanco: Sói Tây Tạng
• Canis lupus columbianus
• Canis lupus crassodon: Sói đảo Vancouver
• Canis lupus floridanus: Sói đen Florida
• Canis lupus fuscus: Sói núi Cascade
• Canis lupus gregoryi: Sói Gregory
• Canis lupus griseoalbus: Sói Manitoba
• Canis lupus hattai: Sói Hokkaidō
• Canis lupus hodophilax: Sói Honshū
• Canis lupus hudsonicus: Sói vịnh Hudson
• Canis lupus irremotus: Sói núi Rocky Bắc
• Canis lupus labradorius: Sói Labrador
• Canis lupus ligoni: Sói Alexander Archipelago
• Canis lupus lycaon: Sói phía Đông
• Canis lupus mackenzii: Sói sông Mackenzie
• Canis lupus manningi: Sói Baffin
• Canis lupus mogollonensis: Sói núi Mogollon
• Canis lupus monstrabilis: Sói Texas
• Canis lupus nubilus: Sói Đại Bình nguyên
• Canis lupus occidentalis: Sói thung lũng Mackenzie
• Canis lupus orion: Sói Greenland
• Canis lupus pallipes: Sói Ấn Độ
• Canis lupus pambasileus: Sói Yukon
• Canis rufus
• Canis lupus tundrarum: Sói đài nguyên Alaska
• Canis lupus youngi: Sói núi Rocky Nam
• Chó nhà

Sự tiến hóa của sói xảy ra trong một khoảng thời gian địa chất 800.000 năm, biến đổi mẫu vật sói đầu tiên giữa Pleistocene được công nhận là hình thái tương tự như Canis lupus ở chó ngày nay, chó Dingo, và sói xám. Các yếu tố sinh thái bao gồm kiểu môi trường sống, khí hậu, con mồi và cạnh tranh ăn thịt sẽ ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc dân số di truyền của sói và độ dẻo của răng cưa. Sói đã trải qua một cổ chai di truyền dân số 20.000 năm trước khi có mặt (YBP), cho thấy nhiều quần thể sói đã tuyệt chủng tại thời điểm trùng với cực đại băng hà cuối cùng và sự mở rộng của con người hiện đại trên toàn thế giới với công nghệ của họ để chiếm ưu thế trong cuộc sinh tồn. Chó nhà là loài động vật ăn thịt lớn rộng lớn nhất và là hậu duệ của một trong những quần thể sói đã tuyệt chủng hiện nay.