Le Moineau domestique fait partie du genre Passer, regroupant jusqu'à 26 espèces si l'on suit le congrès ornithologique international (COI). La plupart des espèces du genre mesurent entre 11 et 16 cm de long, sont de couleur terne avec une queue courte et carrée ainsi qu'un bec conique massif. L'étude de l'ADN mitochondrial indique que la spéciation au sein du genre Passer serait survenue au cours du Pléistocène et plus tôt, tandis que d'autres données suggèreraient cette spéciation comme remontant à entre 25 000 et 15 000 ans. Au sein du genre le Moineau domestique fait partie du groupe des « moineaux à bavette noire du Paléarctique » et est un parent particulièrement proche, phylogénétiquement parlant, du Moineau espagnol méditerranéen.
La taxinomie du Moineau domestique et de son parent de Méditerranée est très compliquée. Les deux espèces se ressemblent à bien des égards. Le Moineau espagnol préfère souvent des habitats plus humides que ceux fréquentés par le Moineau domestique, et il est souvent colonial et nomade. Dans la plupart du bassin méditerranéen les deux espèces cohabitent avec un certain degré d'hybridation. En Afrique du Nord, les deux espèces s'hybrident abondamment, formant des populations mélangées de façon très variable avec des aires occupées par des Moineaux domestiques de pure souche d'un côté et de Moineaux espagnols de l'autre avec toutes les formes intermédiaires entre.
Dans une grande partie de l'Italie vit un type de moineau d'apparence intermédiaire entre le Moineau domestique et le Moineau espagnol, connu sous le nom de Moineau cisalpin. Son statut spécifique et son origine sont l'objet de nombreux débats. Dans les Alpes italiennes, on observe une intergradation entre Moineau cisalpin et Moineau domestique le long d'une bande d'environ 20 kilomètres de largeur, et au sud, sur la moitié méridionale de l'Italie et quelques îles de la Méditerranée le même phénomène avec le Moineau espagnol. Sur les îles méditerranéennes de Malte, sur Gozo, en Crète, sur Rhodes et sur Karpathos il existe d'autres formes d'oiseaux d'apparences intermédiaires et au statut inconnu.
Le Moineau domestique fut décrit par Carl von Linné, fondateur du système moderne de la nomenclature binominale, sous le protonyme de Fringilla domestica. Plus tard le genre Fringilla fut restreint à ne contenir que quelques pinsons dont le Pinson des arbres, et les moineaux déplacés pour le genre Passer, créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson en 1760.
Un grand nombre de sous-espèces ont été nommées, et douze sont reconnues dans le Handbook of the Birds of the World et par Avibase. Ces sous-espèces sont divisées en deux groupes, domesticus rassemblant les oiseaux du Paléarctique, indicus les oiseaux de répartition orientale. Plusieurs sous-espèce du Moyen-Orient, comme Passer domesticus biblicus, sont parfois considérées comme consituant un troisième groupe. P. d. indicus fut décrite comme une espèce à part entière et considérée comme telle par de nombreux ornithologues au cours du XIXe siècle. Les oiseaux migrateurs de la sous-espèce P. d. bactrianus du groupe indicus ont été enregistrées dans les années 1970 comme chevauchant la répartition de P. d. domesticus sans s'hybrider pour autant, et des scientifiques soviétiques, Gavrilov et Korelov, ont proposé de considérer indicus comme une espèce distincte. La plupart des autorités ne reconnaissent pas cette scission, puisqu'on observe une intergradation entre les oiseaux des groupes indicus et domesticus dans une grande partie de l'Iran.
En Amérique du Nord et à Hawaii, les populations du Moineau domestique sont plus différenciées que celles d'Europe. Cette variation suit une logique connue, avec les oiseaux des latitudes plus élevées étant plus grands et ceux des zones arides étant plus pâles, conformément à la règle de Gloger, du moins chez les adultes. Des observations similaires ont été faites en Nouvelle-Zélande et en Afrique du Sud. Les populations introduites peuvent parfois s'être suffisamment différencié pour mériter le statut de sous-espèce, et l'ornithologue américain Harry Church Oberholser a même donné le nom subspécifique de plecticus aux oiseaux plus pâles de l'Ouest de l'Amérique du Nord dans son Bird Life of Texas de 1974.