Phân loại dưới đây là phân loại đơn giản hóa các nhóm Theropoda dựa theo các mối quan hệ tiến hóa của chúng, và tổ chức theo "danh sách các loài khủng long đại Trung Sinh" của Holtz (2008)[2]. Phiên bản chi tiết hơn có tại Phân loại khủng long. Dấu chữ thập (†) là để chỉ nhóm không còn loài sinh tồn ngày nay.

• †Herrerasauria (khủng long ăn thịt đi hai chân thời kỳ đầu, với hóa thạch khoảng 230 triệu năm trước)
• †Coelophysoidea (Theropoda nhỏ thời kỳ đầu, bao gồm Coelophysis và các họ hàng gần)
• †Dilophosauridae (Theropoda ăn thịt và có mào thời kỳ đầu)
• †Ceratosauria (Theropoda ăn chủ yếu ở phương nam thuộc kỷ Creta, nói chung có sừng phức tạp)
• Tetanurae ("đuôi cứng"; bao gồm phần lớn Theropoda)

• †Megalosauroidea (nhóm ban đầu của các khủng long lớn ăn thịt, bao gồm cả Spinosauridae bán thủy sinh)
• †Carnosauria (Allosaurus và các họ hàng gần, như Carcharodontosaurus)
• Coelurosauria (Theropoda có lông vũ, với một khoảng rộng về kích thước cơ thể và hốc sinh thái)

• †Compsognathidae (Coelurosauria phổ biến thời kỳ đầu với các chi trước tiêu giảm)
• †Tyrannosauridae (Tyrannosaurus và các họ hàng gần; có các chi trước tiêu giảm)
• †Ornithomimosauria ("giả-đà điểu"; chủ yếu không răng; ăn thịt tới có thể là ăn cỏ)
• †Alvarezsauroidea (nhỏ, ăn côn trùng, với các chi trước tiêu giảm, mỗi chi có một vuốt lớn)
• Maniraptora ("vồ, nắm bằng tay"; có "tay" và các ngón dài thanh mảnh)

• †Therizinosauria (khủng long ăn cỏ đi hai chân, với các vuốt lớn ở chi trước và đầu nhỏ)
• †Scansoriopterygidae (Maniraptora nhỏ, sống trên cây, với ngón thứ ba dài)
• †Oviraptorosauria (chủ yếu không răng; thức ăn và kiểu sống chưa chắc chắn)
• †Archaeopterygidae (Theropoda nhỏ có cánh/hoặc là chim nguyên thủy)
• †Deinonychosauria (Theropoda kích thước từ nhỏ tới trung bình; giống như chim, với một vuốt ngón tay khác biệt)

• †Dromaeosauridae (Theropoda kích thước từ nhỏ tới trung bình)
• †Troodontidae (Theropoda nhỏ, thanh mảnh)

• Avialae (chim hiện đại và các họ hàng tuyệt chủng)

• †Omnivoropterygidae (Avialae lớn, đuôi ngắn thời kỳ đầu)
• †Confuciusornithidae (Avialae nhỏ không răng)
• †Enantiornithes (Avialae nguyên thủy biết bay, sống trên cây)
• Euornithes (chim biết bay hiện đại)

• †Yanornithiformes (chim Trung Quốc có răng, kỷ Creta)
• †Hesperornithes (chim lặn thủy sinh chuyên biệt hóa)
• Neornithes (chim có mỏ hiện đại và các họ hàng tuyệt chủng)