尔斯·怀特尼·吉尔摩尔（Charles W. Gilmore）将牠们分类于恐龙总目的鸟臀目。直到1945年，查尔斯·斯腾伯格（Charles Mortram Sternberg）将伤齿龙科鑑定、分类于兽脚亚目。1969年以来，伤齿龙科与驰龙科共同属于恐爪龙下目演化支。但在1994年，托马斯·霍尔特（Thomas R. Holtz Jr）根据加大的脑部、长而低的上颌孔等特征，建立了Bullatosauria，包含了似鸟龙下目与伤齿龙科。伤齿龙科的骨盆也显示牠们较驰龙科原始。在中国新发现的原始伤齿龙科化石，例如