Archaeornithura wyróżnia się wśród swych najbliższych krewnych kombinacją następujących cech, z których każda z osobna stanowi tylko autapomorfię: przedni brzeg mostka silnie wysklepiony, wyrostek mieczykowaty i tylna część mostka dobrze rozwinięte, o prostokątnym obrysie, pierwszy palec sięga za drugą kość śródręcza, drugi paliczek drugiego palca jest dłuższy od paliczka proksymalnego, kość udowa jest względnie krótka w porównaniu z tarsometatarsus.
Filogeneza Archaeornithura umieszczono w Hongshanornithidae. Analiza filogenetyczna wykazała, że Archaeornithura jest blisko spokrewniony z bardziej współczesnymi i zaawansowanymi ewolucyjnie Hongshanornithidae, i potwierdziła, że gatunki wcześniej uważane za Hongshanornithidae w rzeczywistości tworzą oddzielny klad. Wykazano, że Archaeornithura to grupa siostrzana Tianyuornis o częściowo połączonych kościach śródstopia II–IV i poszerzonej najzewnętrzniejszej beleczce mostka. Wyspecjalizowane cechy związane z brodzeniem u Archaeornithura sugerują, że Hongshanornithidae powstały w środowiska wodno-lądowych.
Pozycję Archaeornithura na drzewie ewolucyjnym ukazuje następujący kladogram: