对许多古生物学家来说，羽状恐龙是恐龙和鸟类之间的过渡物种，如中国热河组中发现的中国鸟龙、尾羽龙和小盗龙。古代鸟类，如始祖鸟和有孔虫，有许多恐龙特征，如嘴上的牙齿、手指上的爪子和后者的双颞孔头骨。多年来，鸟类一直被认为是兽脚亚目的食肉恐龙，它由前肢小进化而来，主要以后腿行走。然而，直到20世纪90年代末发现羽状恐龙化石，两者之间的相关性才被证明，但进化树上这些物种之间的关系仍然不确定。大多数羽状恐龙在中国义县组发现。1999年，沙漠鸟鱼龙的标本被检测含有角蛋白，角蛋白是构成鸟类羽毛的主要蛋白质。
柏林始祖鸟标本发现于1881年。查尔斯·达尔文于1859年发表《物种起源》后不久，英国生物学家和进化支持者托马斯·亨利·赫胥黎提出了鸟类是恐龙后代的假设。赫胥黎指出了这两种动物的骨骼相似之处，特别是一些蜥蜴类恐龙、始祖鸟、第一只鸟和现代鸟类。1868年，他发表了《鸟类与爬虫类之间的最中间物种》研究。同时，恐龙专家理查德·欧文不同意，声称始祖鸟是第一只鸟，不属于恐龙家族。在接下来的一个世纪，鸟类是恐龙后代的假设下降了，更多的理论认为鸟类的祖先是鳄鱼或树懒，而不是鸟类的祖先是恐龙或其他主要的龙的理论。
1964年，约翰·奥斯特罗姆(Ostrom)描述了恐爪龙反rhopus，一种兽脚类恐龙，其骨骼明显类似鸟类。奥尔斯特罗姆开始声称鸟类是恐龙的直系后代，并成为这一理论的倡导者。更多的研究比较了恐龙和鸟类的骨骼，而亲缘分支分类的研究加强了两者之间的关系，尤其是手猛禽。恐龙骨和鸟骨的相似之处包括脖子、耻骨、手腕(半新月形腕骨)、手臂、肩带、肩胛骨、锁骨和胸骨。
总的来说，兽脚类恐龙和鸟类之间有100多种明显的生理结构相似性。其他研究人员根据恐龙和鸟类的共同特征以及恐龙的生理特征提出一些恐龙有羽毛。当莎拉·兰德里在1969年命名和描述甲龙时，她把甲龙描述成一种有羽毛的恐龙。罗伯特·T·巴克在1975年发表的系列文章《恐龙文艺复兴》中也提出了羽状恐龙的概念。自20世纪80年代末以来，格雷戈里·保罗一直把迅猛龙描绘成身体覆盖着羽毛和原始羽毛。到20世纪90年代，大多数古生物学家认为鸟类是仅存的恐龙，并将灭绝的恐龙称为“非鸟类恐龙”，以区别于鸟类。一些恐龙的重建开始把恐龙描绘成羽毛覆盖物。目前，还没有直接的证据来证实这些理论。但是一些主要的鸟类学家，如史密斯研究所的馆长斯托尔·奥尔森，反对这些理论，并指出缺乏羽状恐龙的化石证据。