בתקופות ובתרבויות שונות יושמו גישות מגוונות למיון כלי נגינה. השיטה המקובלת במערב כיום מחלקת את הכלים לכלי מיתר, כלי נשיפה וכלי הקשה. עם זאת, תרבויות אחרות מקיימות שיטות אחרות.
שיטת מיון כלי הנגינה העתיקה ביותר הידועה לנו היא סינית ומקורה במאה ה-5 לפנה"ס. שיטה זו ממיינת את הכלים לפי החומר ממנו הם עשויים. כל הכלים העשויים מאבן משויכים לקבוצה אחת, כל הכלים העשויים מעץ משויכים לקבוצה שנייה, כל הכלים העשויים ממשי משויכים לקבוצה שלישית, וכן הלאה.
בדרך כלל, ממוינים כלים לפי הדרך בה מפיקים מהם צליל. מקור שיטת המיון המקובל כיום במערב, המחלקת את הכלים לכלי מיתר, כלי נשיפה וכלי הקשה, ביוון. שיטה זו הורחבה על ידי מרטין אגריקולה (Martin Agricola), שהבדיל בין כלי מיתר המנוגנים בפריטה, כמו גיטרה, לכלי מיתר המנוגנים בעזרת קשת, כמו כינור. מוזיקאים קלאסיים לא מיישמים תמיד הפרדה זו, אך מבדילים בין כלי נשיפה בעלי עלה (כלי נשיפה מעץ) לכלי נשיפה בהם מפיקות השפתיים את הצליל (כלי נשיפה ממתכת).
שיטה זו אינה נטולת חסרונות. ישנם כלים נדירים ולא-מערביים שלא נכנסים באופן נוח להגדרותיה. כלי הנגינה העתיק סרפנט, למשל, אמור להיכלל במשפחת כלי הנשיפה ממתכת, מכיוון שהשפתיים מרעידות בו את עמוד האוויר שבכלי. עם זאת, הוא נראה כמו כלי נשיפה מעץ, וקרוב יותר לקבוצה זו במובנים רבים, מכיוון שהוא משתמש בנקבים ולא בבוכנות כדי לשלוט בגובה הצליל. קיימת בעיה לקטלג גם כלי מקלדת מסוימים. לדוגמה, לפסנתר יש מיתרים, אך הם מופעלים על ידי פטישים, כך שלא ברור אם לשייך אותו לקבוצת כלי המיתר או לכלי ההקשה.