柴油机根据活塞的运动方式可分为往复活塞式和旋转活塞式两种。由于旋转活塞式柴油机还存在不少问题，所以目前尚未得到普遍应用。柴油发电机组、汽车和工程机械多以往复活塞式柴油机为动力。往复活塞式柴油机分类方法如下。
①按个工作循环的行程数分类：有四冲程和二冲程两种。发电用柴油机多为四冲程。
②按冷却方式分类：有水冷式和风冷式两种。发电用柴油机多为水冷式。
③按进气方式分类：有非增压（自然吸气）式和增压式两种。
④按气缸数目分类：有单缸、双缸和多缸柴油机。
⑤按气缸排列分类：有直列式、V形、卧式和对置式等。
⑥按柴油机转速或活塞平均速度分类：有高速(标定转速高于1000r/min或活塞平均速度高于9m/s)、中速(标定转速为600～10000r/mm或括塞平均速度为6～9m/s)和低速(标定转速低于600r/min或括塞平均速度低于6m/s)柴油机。
⑦按用途分类：有发电用、汽车用、工程机械用、拖拉机用、铁路机车用、船舶用、农用、坦克用和摩托车用等柴油机。