Anchiornis is een kleine, vroege troodontide dinosaurus met een driehoekige schedel zoals andere troodontiden. Anchiornis had ook lange poten, wat gewoonlijk wijst op een sterke loper. De uitgebreide beenveren wijzen er echter op dat lange poten een rudimentaire eigenschap kunnen zijn, omdat rennende dieren meestal minder, en niet meer, haar of veren op hun poten hebben. De voorpoten van Anchiornis waren ook zeer lang, ongewoon onder troodontiden (die gewoonlijk kortarmig zijn) maar vergelijkbaar met dromaeosauriden en vroege vogels, wat zijn basale ('primitieve') positie onder de dinovogels onderstreept.
Veren
Terwijl van het eerste exemplaar van Anchiornis, dat in de jaren 2000 werd gevonden, slechts vage sporen van veren rond het bewaarde deel van het lichaam bewaard bleven, vertoonde het goed bewaarde tweede exemplaar een bijna volledige bewaring van de veren, waardoor onderzoekers de structuur van de veren en de manier waarop ze waren verdeeld, konden identificeren.
Evenals andere vroege vogels, zoals Microraptor, had Anchiornis grote vleugels, die bestonden uit vliegveren aan de arm en hand (zoals bij moderne vogels) en uit vliegveren aan de achterpoten, die een arrangement van voor- en achtervleugels vormden. De voorvleugel van Anchiornis was samengesteld uit 11 primaire veren en 10 secundaire veren. In tegenstelling tot Microraptor waren de primaire veren bij Anchiornis ongeveer even lang als de secundaire en vormden een meer afgeronde vleugel, met gebogen maar symmetrische centrale schoepen, een kleine en dunne relatieve afmeting, en afgeronde toppen, dit alles duidend op een slechter aërodynamisch vermogen in vergelijking met zijn latere verwant. Bij Microraptor en Archaeopteryx zaten de langste voorvleugelveren het dichtst bij de vleugeltip, waardoor de vleugels lang, smal en puntig leken. Bij Anchiornis daarentegen zaten de langste vleugelveren bij de pols, waardoor de vleugel in het midden het breedst is en bij de punt taps toeloopt voor een ronder, minder aan de vlucht aangepast profiel.
De achtervleugels van Anchiornis waren ook korter dan die van Microraptor, en bestonden uit 12-13 vliegveren die verankerd waren aan het scheenbeen (onderbeen) en 10-11 aan de middenvoet (bovenvoet). Eveneens in tegenstelling tot de Microraptor, waren de achterste vleugelveren het langst dichter bij het lichaam, terwijl de voetveren kort waren en naar beneden gericht, bijna loodrecht op de voetbeenderen. In tegenstelling tot alle andere bekende dinosauriërs uit het Mesozoïcum, waren de voeten van Anchiornis (met uitzondering van de klauwen) volledig bedekt met veren (veel korter dan de veren van de achtervleugel).
Twee soorten eenvoudiger, donzige (plumaceous) veren bedekten de rest van het lichaam, zoals bij Sinornithosaurus. Lange donsachtige veren bedekten bijna de gehele kop en hals, romp, bovenbenen, en de eerste helft van de staart. De rest van de staart droeg penachtige staartveren (rectrices).
Kleur
In 2010 onderzocht een team talrijke punten in de veren van een zeer goed bewaard Anchiornis-exemplaar om de verspreiding van melanosomen, de pigmentcellen die de veren hun kleur geven, in kaart te brengen. Door de melanosomen te bestuderen en ze te vergelijken met die van moderne vogels, konden de wetenschappers de kleuren en patronen in kaart brengen die Anchiornis had toen hij nog leefde. Hoewel deze techniek al eerder was gebruikt, werd Anchiornis de eerste dinosaurus uit het Mesozoïcum waarvan vrijwel de gehele levenskleuring bekend was.
De meeste lichaamsveren van Anchiornis waren grijs en zwart. De kruin van de kopveren was overwegend roodachtig met een grijze basis en voorkant, en het gezicht had rufachtige spikkels tussen overwegend zwarte kopveren. De voor- en achtervleugelveren waren wit met zwarte punten. De dekveren (kortere veren die de basis van de lange vleugelveren bedekken) waren grijs, in contrast met de overwegend witte hoofdvleugels. De grotere dekveren van de vleugel waren ook wit met grijze of zwarte punten, en vormden rijen donkere stippen langs het midden van de vleugel. Deze hebben de vorm van donkere strepen of gelijkmatige rijen stippen op de buitenste vleugel (primaire dekveren), maar een meer ongelijkmatige reeks spikkels op de binnenste vleugel (secundaire dekveren). De schenkels van de poten waren grijs, behalve de lange achtervleugelveren, en de poten en tenen waren zwart.
Zoals veel moderne vogels vertoonde Anchiornis een complex kleurpatroon met verschillende kleuren in gespikkelde patronen over het lichaam en de vleugels, of "binnen- en tussenbeenkleedkleuring". Bij moderne vogels worden dergelijke kleurpatronen gebruikt voor communicatie en vertoon, hetzij naar leden van dezelfde soort (b.v. om te paren of om territorium te bedreigen) of om concurrerende of roofzuchtige soorten te bedreigen en te waarschuwen.
