La Coelurosauria est la clade contenant tous les dinosaures théropodes plus proches des oiseaux que des carnosaures.
Il s'agit d'un groupe varié qui comprend les tyrannosaures, les ornithomimosaures, les compsognathes et les maniraptors ; les maniraptores comprennent les oiseaux, seuls descendants des coelurosaures vivants aujourd'hui.
Tous les Paraves découverts jusqu'à présent ont été des coelurosaures. Il est probable que tous les coelurosaurs étaient à plumes.
Parmi les caractéristiques diagnostiques des coelurosaurs, on trouve des bras allongés et des chevilles bien développées, semblables à des charnières (la rotation possible de la cheville est réduite, ce qui est utile pendant la locomotion). Ces caractéristiques peuvent être perdues ou modifiées par les coelurosaures ultérieurs (les oiseaux, par exemple).
Une augmentation de la proportion du cerveau occupée par le cerveau semble avoir eu lieu dans la Coelurosauria et "s'est poursuivie tout au long de l'évolution des maniraptorans et des premiers oiseaux".