Płetwonogie jako odrębną jednostkę taksonomiczną wyróżnił niemiecki przyrodnik Johann Karl Wilhelm Illiger. W 1811 ukuł nazwę, by określić nią zarówno rodzinę, jak i rząd. Amerykański zoolog Joel Asaph Allen zrewidował systematykę płetwonogich świata w monografii z 1880 pod tytułem History of North American pinnipeds, a monograph of the walruses, sea-lions, sea-bears and seals of North America („Historia północnoamerykańskich płetwonogich, monografia morsów, lwów morskich, uchatek i fok Ameryki Północnej”). W tej publikacji prześledził historię nazw, stworzył klucze identyfikacyjne dla rodzin i rodzajów, podał opisy gatunków północnoamerykańskich i krótkie opisy gatunków z innych części świata. W 1989 Annalisa Berta i współpracownicy zaproponowali wyróżnienie kladu bez rangi o nazwie Pinnipedimorpha, obejmującego kopalny rodzaj Enaliarctos i współczesne płetwonogie jako grupy siostrzane. Płetwonogie należą do podrzędu psokształtnych i rzędu drapieżnych.
Spośród trzech współczesnych rodzin, uchatkowate i morsowate łączy się razem w nadrodzinę Otarioidea, podczas gdy fokowate należą do Phocoidea.
Nazwa naukowa Pinnipedia pochodzi od łacińskich słów pinna („pióro, skrzydło”) i pes l.m. pedes – („noga, stopa”).