奥塞内尔·查利斯·马什在1884年绘制的腔骨龙脊椎图。虚骨龙是在1879年由美国古生物学家与自然学家奥塞内尔·查利斯·马什（othniel charles marsh）所命名；另外，马什同时也建立了新属camptonotus，后来改名为弯龙（camptosaurus）。马什当时与爱德华·德林克·科普（edward drinker cope）进行一场长时间的竞争，名为化石战争。马什当时只叙述了模式标本的背部到尾巴的脊椎。马什注意到脊椎的内部空腔，与细的脊椎壁，因此将它们命名为脆弱虚骨龙（coelurus fragil**）。马什认为虚骨龙的体型接近狼，食性应为肉性。虚骨龙是莫里逊组所发现的第一个小型兽脚类恐龙，但马什当时并不确定它们是否属于恐龙。在1881年，他将虚骨龙归类于恐龙，提出更多骨头图片，并建立虚骨龙目（coeluria）与虚骨龙科，以包含虚骨龙属。虚骨龙的化石散布于挖掘地点，挖掘活动自1879年9月持续到1880年9月，马什将部分化石建立为新种，敏捷虚骨龙（c.agil**），并从其中一对耻骨，研判敏捷虚骨龙的体型大于脆弱虚骨龙的三倍。在1888年，马什将一个发现于马里兰州阿伦德尔组的趾爪，归类于脆弱虚骨龙，该趾爪的年代是早白垩纪。尽管马什与科普的竞争激烈，科普却在1887年建立了两个新种：鲍氏虚骨龙（c.bauri）与洛氏虚骨龙（c.longicoll**），化石都发现于新墨西哥州的晚三叠纪地层。在两年后，科普将这两个种新建立为腔骨龙。在1903年，亨利·费尔费尔德·奥斯本（henry fairfield o**orn）命名了嗜鸟龙，是莫里逊组的第二个发现的小型兽脚类恐龙。嗜鸟龙的化石是一个部分骨骸，发现于科莫崖北方的bone cabin采石场。在1920年代，查尔斯·怀特尼·吉尔摩尔（charles w.gilmore）在他的重要兽脚亚目研究中，提出虚骨龙与嗜鸟龙是同一种动物。这个分类法被其他科学家沿用，并持续了数十年。但是，没有科学家将这两种动物做正式的比较，也没有人去统计哪些化石属于虚骨龙。吉尔摩尔曾提出脆弱虚骨龙、敏捷虚骨龙是同种动物，但直到80年代，约翰·奥斯特伦姆（john ostrom）做了相关研究，才证实这个说法。这使脆弱虚骨龙的化石增加，而奥斯特伦姆也证实嗜鸟龙与虚骨龙是不同的物种。根据当时的不完整资料，戴尔·罗素（dale russell）曾提出敏捷虚骨龙是轻巧龙的一个种；奥斯特伦姆也指出其错误。奥斯特伦姆另外提出，马什在1884年绘制的虚骨龙脊椎图中，其中一个脊椎是另两个脊椎拼合组成的；而剩下两个脊椎中，有一个脊椎其实是发现于其他地点，属于一个未命名的小型兽脚类恐龙。在1995年，怀俄明州发现的一个部分骨骸，一度被认为是个较大型的虚骨龙。数年后，这个新发现骨骸被建立为新属长臂猎龙，是虚骨龙的近亲。对于虚骨龙的知识，多来自于其中一副骨骸化石，这个化石发现于怀俄明州的科莫崖，包含众多脊椎、部分骨盆、肩带、以及四肢的大部分。但直到80年代，才将该骨骼完整的拼凑出来，而存放于皮巴第自然历史博物馆。另外，在犹他州的克利夫兰劳埃德采石场发现的两个前肢骨头，有可能属于虚骨龙。虚骨龙是种中小型恐龙，重量被估计为13到20公斤，身长约2.4米，臀部高度为0.7米。从重建的骨架模型来看，虚骨龙的脊椎骨长，而有长的颈部与身体，跖骨长，因此后肢修长。颅骨小而长。前掌有3指，有锐利、弯曲的爪。虚骨龙与人类的体型相比图虚骨龙的头部化石不多，只有挖掘地点所发现到的一个骨头，可能是个部分下颌。该骨头的保存状况与外表，与虚骨龙的骨骸类似，但形状较细长，可能不属于该骨骼。这个骨头的长度为7.9厘米，宽度为1.1.厘米。虚骨龙的脊椎长而低矮，神经棘短，脊椎壁细。颈椎有许多空腔，但分布不平均，大小不一。颈椎修长，长度是宽度的四倍，前后端有凹面。背椎较短，表面缺乏空洞，凹处较不明显，形状为沙漏状。尾椎表面也缺乏空洞。肩带的唯一骨头是个肩胛骨碎片。肱骨的侧面是s状弯曲，长度为11.9厘米，大于尺骨的9.6厘米。手腕有个半月形腕骨，类似恐爪龙，但跟人类的月骨（lunate bone）不同。手指细而长。骨盆的唯一骨头是两个愈合的耻骨，尾端有明显的柄部。股骨的正面呈s状，长度约21厘米。跖骨长，长度接近股骨。虚骨龙、嗜鸟龙、长臂猎龙。在莫里逊组，发现了三种外表相似的小型兽脚类恐龙，分别为：虚骨龙、嗜鸟龙、长臂猎龙，都属于虚骨龙类，三个属过去曾被互相混淆过。虚骨龙与嗜鸟龙已有较完整的叙述，可从许多生理特征区别它们。例如：虚骨龙的颈部、背部较长，腿部与足部也较长。虚骨龙与长臂猎龙则较为类似，但也有许多不同点。例如：上臂与前臂及股骨的形状、股骨的肌肉附着处、较长的背部脊椎、以及较长的跖骨。自从80年代以来，种系发生学研究逐渐增多，而虚骨龙通常被认为是虚骨龙类的分类不明属，不属于任何一个主要演化支。虚骨龙与美颌龙科、嗜鸟龙、原角鼻龙等属，曾多次被归类为基底虚骨龙类。在2007年，菲力·森特（phil senter）的长臂猎龙研究中，森特提出虚骨龙与长臂猎龙，是原始暴龙超科动物的近亲。虚骨龙有时被归类于虚骨龙科，但虚骨龙科的物种却不固定。在2003年，奥利佛·劳赫（oliver rauhut）提出虚骨龙科由虚骨龙、及美颌龙科的物种所构成。相反地，没有科学家曾将虚骨龙归类于美颌龙科过。在2007年，菲力·森特指出虚骨龙科只有虚骨龙、长臂猎龙两个物种。在采用种系发生学之前，虚骨龙科与虚骨龙下目都曾被当成“未分类物种集中地”，许多小型兽脚类恐龙被归类于此，而且多为疑名。在80年代晚期的大众恐龙书籍中，虚骨龙科包含超过10个物种，包括西北阿根廷龙科的福左轻鳄龙、偷蛋龙下目的小猎龙，而且虚骨龙科被当作是腔骨龙科的后代。在90年代初期的一些大众读物，虚骨龙科仍被当作“未分类物种集中地”。在这之后的物种数目就大幅缩减。