Anchiornis ma również kilka cech typowych dla bazalnych Avialae i dromeozaurów – w szczególności kończyny przednie, znacząco dłuższe niż u innych troodontów. Z kolei z analizy kladystycznej przeprowadzonej przez Xu i współpracowników (2011) – wykorzystującej metodę największej parsymonii – wynika, że Anchiornis był siostrzany do rodzaju Xiaotingia; te dwa rodzaje tworzą z kolei klad siostrzany do kladu obejmującego rodzaje Archaeopteryx i Wellnhoferia, a klad obejmujący te cztery rodzaje (autorzy na jego określenie używają nazwy Archaeopterygidae) był siostrzany do kladu obejmującego rodziny Dromaeosauridae i Troodontidae. Wyniki tej analizy sugerują, że Anchiornis, Xiaotingia, Archaeopteryx i Wellnhoferia były bliżej spokrewnione z deinonychozaurami niż ze współczesnymi ptakami. Nieuwzględnienie Xiaotingia w analizie sprawia, że na drzewie filogenetycznym Anchiornis zajmuje miejsce taksonu siostrzanego dla kladu Dromaeosauridae + Troodontidae.