阿尔瓦雷斯龙科與似鳥龍下目可能是姐妹演化支,共同屬於托馬斯·霍茲(Thomas R. Holtz Jr.)建立的夾蹠龍類(Arctometatarsalia)或保羅·塞雷諾(Paul Sereno)建立的似鳥龍形類(Ornithomimiformes),但是前者因后续研究发现夹跖龙类并非一个天然演化支,而修改定义后又与似鸟龙下目相比显得多余,所以弃用,而后者从未正式发表作为一个有效名。因為目前所發現的化石,都來自於晚白堊紀的非常衍化物種,提供較少關於早期物種的資訊,所以阿尔瓦雷斯龙科的分類非常困難。
在過去,不同的研究人员曾用定义相同的不同名称来称呼这群恐龙,導致分類定義上的困難。在1991年,何塞·波拿巴建立阿尔瓦雷斯龙科,但當時沒有提出種系發生學的定義。在1996年,諾瓦斯將阿尔瓦雷斯龙科定義為:阿尔瓦雷斯龙與單爪龍的最近共同祖先,與其最近共同祖先的所有後代。而其他研究者,如赛雷诺則提出較廣泛的定義:恐龍之中,所有親緣關係接近於鳥面龍,而離現代鳥類較遠的所有物種。在2009年,利夫齐(英语:Bradley C. Livezey)(Livezey)和祖西(英语:Richard L. Zusi)(Zusi)採用阿尔瓦雷斯龙超科(Alvarezsauroidea)来覆盖所有的阿尔瓦雷斯龙类,將阿尔瓦雷斯龙科的範圍限定在阿尔瓦雷斯龙與單爪龍的最近共同祖先,與其最近共同祖先的所有後代。在2010年,舒瓦尼埃(Choiniere)等人在敘述、命名簡手龍(Haplocheirus)時,採納上述分類法,並將簡手龍歸類於阿尔瓦雷斯龙超科的基干物種[15]。某些研究人員提出單爪龍亞科(Mononykinae),以包含生存於蒙古國的進階型阿尔瓦雷斯龙科。對此,舒瓦尼埃等人則主張小馳龍科(Parvicursoridae)、小馳龍亞科(Parvicursorinae)的命名時間較早,基于国际动物命名法规具有優先權[15]。另一个亚科,巴塔哥尼亚爪龙亚科在命名时用来包含南美洲的巴塔哥尼亚爪龙与波拿巴爪龙,但是近些年一些研究将巴塔哥尼亚爪龙和波拿巴爪龙置于阿尔瓦雷斯龙科之外,甚至没有分为同一演化支内,使得巴塔哥尼亚爪龙亚科成为一个并系群[16][17][18][19][20][21]。
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