Le Grimpereau des bois a été décrit la première fois sous son nom scientifique actuel par Carl von Linné dans son Systema Naturae, en 1758. Le nom binominal est dérivé du grec kerthios, un petit oiseau vivant dans les arbres mentionné chez Aristote, et du latin familiaris, signifiant « familier » ou « commun ».
Cette espèce est l'une d'un groupe de grimpereaux très semblables, tous placés dans un seul genre, Certhia.
Comparaison entre les têtes de deux sous-espèces du Grimpereau des bois : C. f. macrodactyla et C. f. costae.
Plus d'une vingtaine de sous-espèces, peu différenciées, ont été nommées, mais elles ne sont pas toutes reconnues selon les auteurs. À titre d'exemple, sept seulement sont reconnues par l'ITIS, Avibase en reconnaît une dizaine. Elles se distinguent principalement par leur répartition, les différences de coloration ou de taille étant très ténues. Aux endroits où leurs répartitions se recouvrent, les sous-espèces peuvent s'hybrider entre elles. On distingue une cline systématique dans l'apparence des sous-espèces, de l'est à l'ouest de l'Eurasie, les individus devenant de plus en plus gris dessus et blancs dessous mais cette tendance s'inverse à l'est du fleuve Amour.
Trois sous-espèces posent notamment problème : C. f. hodgsoni Brooks, 1871, C. f. mandellii Brooks, 1874 et C. f. khamensis Bianchi, 1903. hodgsoni est en effet considérée comme une espèce à part entière, le Grimpereau de Hodgson (Certhia hodgsoni), par certains auteurs suivant les travaux de Tietze et al. (2006). Des études portant sur la séquence ADN du cytochrome b du génome mitochondrial, ainsi que sur la structure du chant. mandellii et khamensis seraient alors des sous-espèces de C. h. hodgsoni. C. f. hodgsoni vit dans la partie occidentale de l'Himalaya, notamment dans le Cachemire. mandellii vit plutôt dans la partie orientale en Inde, au Népal et khamensis en Chine, au Sichuan.
Les sous-espèces reconnues par Avibase sont :
C. f. familiaris Linnaeus, 1758, la sous-espèce type. Elle vit en Scandinavie et dans l'est de l'Europe, à l'est jusqu'en Sibérie occidentale. Le dessus est plus pâle que pour la sous-espèce macrodactyla, les parties inférieures sont blanches ;
C. f. bianchii Hartert, 1905 ;
C. f. britannica Ridgway, 1882 vit en Grande-Bretagne et en Irlande. Les grimpereaux irlandais, légèrement plus foncés que les anglais, ont parfois été classés sous le statut de sous-espèce ;
C. f. caucasica Buturlin, 1907 ;
C. f. corsa Hartert, 1905, trouvée dans les régions montagneuses de la Corse. Les parties supérieures sont plus chamoisées et les parties inférieures plus contrastées que chez macrodactyla ;
C. f. daurica Domaniewski, 1922. Cette sous-espèce se trouve dans l'est de la Sibérie et dans le nord de la Mongolie. Elle est plus pâle et plus grise que la sous-espèce type ;
C. f. japonica Hartert, 1897, vit au Japon, comme le sous-entend sa dénomination spécifique. Elle est plus foncée et plus rousse que daurica ;
C. f. macrodactyla Brehm, 1831, de protonyme Certhia macrodactyla, vit en Europe de l'Ouest. Le dessus est plus pâle et le dessous plus blanc que chez britannica ;
C. f. orientalis Domaniewski, 1922, vit dans le bassin de l'Amour, au nord est de la Chine et en Corée. Elle est semblable à la sous-espèce type, avec le dessus plus strié ;
C. f. persica Zarudny & Loudon, 1905. Elle vit en Crimée et en Turquie, à l'est jusqu'au nord de l'Iran. Elle est de couleur plus mate et moins rousse que familiaris ;
C. f. pyrenaica Ingram, 1913. Cette sous-espèce a la face supérieure beaucoup plus brune, avec le croupion fauve vif. Elle vit à plus de 1 000 m, dans les Pyrénées ;
C. f. tianschanica Hartert, 1905, vit dans le nord-ouest de la Chine et dans les régions adjacentes à l'ex-URSS. Elle est plus pâle et plus rousse que la sous-espèce type.
Chez certains auteurs, on peut également rencontrer d'autres sous-espèces, telles :
C. f. albescens, reconnue par l'ITIS, mais considérée par d'autres comme une sous-espèce de C. americana ;
C. f. americana, taxon reconnu par l'ITIS mais le plus souvent considéré comme une espèce distincte, le Grimpereau brun (C. americana) ;
C. f. costae ou C. f. costa Bailly, 1847, est un ancien taxon, qui n'est plus utilisé. Cette sous-espèce est légèrement plus grande que la sous-espèce type, avec le bec plus long. Les motifs du plumage sont plus dessinés. Elle vit dans les forêts de conifères, aux altitudes de plus de 1 000 m, dans les Alpes ;
C. f. gerbei Jouard, 1930, reconnue par l'INPN ;
C. f. leucosticta, reconnue par l'ITIS, mais considérée par d'autres comme une sous-espèce de C. americana ;
C. f. montana, reconnue par l'ITIS, mais considérée par d'autres comme une sous-espèce de C. americana ;
C. f. nigrescens, reconnue par l'ITIS, mais considérée par d'autres comme une sous-espèce de C. americana ;
C. f. occidentalis, reconnue par l'ITIS, mais considérée par d'autres comme une sous-espèce de C. americana ;
C. f. rhenana Kleinschmidt, 1900, reconnue par l'INPN ;
C. f. tianquanensis Li, 1995, a été élevé au rang d'espèce en 2002. Ce taxon est désormais synonyme de Certhia tianquanensis, le Grimpereau du Sichuan ;
C. f. zelotes, reconnue par l'ITIS, mais considérée par d'autres comme une sous-espèce de C. americana.