Die phylogenetische Position von Herrerasaurus ist seit seiner Erstbeschreibung 1963 umstritten und durchlief praktisch jede denkbare Hypothese. Reig (1963) klassifizierte ihn als frühen Carnosaurier; Steel (1970) ordnete ihn den Prosauropoden zu; Galton (1972) erklärte ihn als nicht über Saurischia hinaus diagnostizierbar. Erst Sereno & Novas (1992, Science 258(5085): 1137–1140) platzierten ihn auf Basis des vollständigen Skeletts als basalen Theropoden, gestützt durch 11 Synapomorphien, die Novas (1994, JVP 13(4): 400–423) identifizierte.
Ab 2004 gewann eine alternative Hypothese an Gewicht: Langer (2004) und Langer & Benton (2006) positionierten Herrerasauridae als basale Saurischier außerhalb von Eusaurischia (Theropoda + Sauropodomorpha) – das heißt, sie hätten sich vor der Aufspaltung in Raubsaurier und Langhalsdinosaurier abgespalten. Pacheco et al. (2019, PeerJ 7: e7963) unterstützten diese Position mit der Beschreibung von Gnathovorax cabreirai, dem vollständigsten Herrerasauriden überhaupt. Baron, Norman & Barrett (2017, Nature 543: 501–506) komplizierten die Debatte weiter mit ihrer Ornithoscelida-Hypothese, in der Herrerasauridae als Schwestergruppe der Sauropodomorpha erscheinen. Eine Minderheitenposition (Baron & Williams 2018) stellt Herrerasauria sogar ganz außerhalb der Dinosauria.
Der aktuelle Konsens – sofern man bei so viel Widerspruch von Konsens sprechen kann – tendiert zur Position als basaler Saurischianer. Doch selbst 2024 bleibt die Frage offen. Das nahezu vollständige Herrerasauriden-Skelett, das Rodrigo Temp Müller 2024 nach historischen Überschwemmungen in Südbrasilien entdeckte (~2,5 m, juvenil, ~233 Ma), könnte mit seinen CT-Daten – das Gehirn erinnerte an das eines Krokodils, mit gut entwickeltem Paraflocculus – neue phylogenetische Argumente liefern, sobald die formale Beschreibung vorliegt.