美颌龙科中有四个属发现了接近原始羽毛的皮肤痕迹，它们包括：中华龙鸟、中华丽羽龙（Sinocalliopteryx）、侏罗猎龙、以及美颌龙。证据显示中华龙鸟与中华丽羽龙全身覆盖着简单、原始的羽毛，而侏罗猎龙与美颌龙的尾巴与后肢仍覆盖者鳞片。羽毛可能起源于美颌龙科，而其中有些物种只有覆盖部分羽毛。

美颌龙科在虚骨龙类里的演化位置仍未确定，有些人主张美颌龙科是最基础的虚骨龙类恐龙，而其他人认为它们属于手盗龙类。