Constantine John Phipps fue el primer científico que describió al oso polar como una especie distinta con el nombre científico de Ursus maritimus, del latín « oso marítimo», debido al hábitat nativo de este animal. Los inuit se refieren a este animal como nanook transliterado como nanuq en iñupiaq).
Se cree que la familia Ursidae se separó de los otros carnívoros hace aproximadamente 38 millones de años. La subfamilia Ursinae se originó hace unos 4,2 millones de años. Según la evidencia fósil y los análisis de ADN, hace solo 150 000 años ocurrió la divergencia de esta especie y el oso pardo ( Ursus arctos). El fósil de oso polar más antiguo que se conoce data de hace aproximadamente 130 000 a 110 000 años y se halló en la isla Príncipe Carlos Forland, en 2004. Los fósiles muestran que hace entre 10 000 y 20 000 años, los molares del oso polar diferían significativamente con respecto a los del oso pardo. Es posible que la especie se haya originado a partir de una población aislada de osos pardos, sometida a una fuerte presión genética durante las glaciaciones del Pleistoceno.
Estudios genéticos realizados posteriormente muestran que incluso algunas poblaciones de oso pardo se encuentran más relacionadas al oso polar que con otras de su misma especie; esto implica que el oso polar no cumple con algunas de las definiciones de especie. Adicionalmente, las dos especies pueden reproducirse y obtener híbridos fértiles (grolares), indicando su reciente divergencia y su similitud genética. Sin embargo, se consideran especies separadas porque ninguna de las dos especies pueden sobrevivir a largo plazo en el nicho ecológico de la otra, tienen diferencias morfológicas y fenotípicas; metabolismo y comportamiento social distinto.
Cuando la especie fue descrita se identificaron dos subespecies: Ursus maritimus maritimus (Constantine J. Phipps en 1774) y Ursus maritimus marinus (Peter Simon Pallas en 1776). Estas subespecies actualmente no son válidas.
Se tiene registro de una subespecie fósil, Ursus maritimus tyrannus, que fue descendiente de Ursus arctos y se extinguió durante el Pleistoceno. Esta subespecie fue bastante más grande que la especie existente.
Presenta un perfil más alargado que el de otros osos y las patas más desarrolladas, tanto para caminar como para nadar largas distancias.
