Les premières traces retrouvées du genre Panthera datent de 3,5 millions d’années. Les fossiles mis à jour ont été attribués à Panthera gombaszoegensisPanthera gombaszoegensis. Néanmoins, en Afrique, un autre fossile trouvé à Laetoli, daté également de 3,5 millions d’années, semble appartenir à un lion primitif. Panthera gombaszoegensisPanthera gombaszoegensis serait pourtant la première espèce du genre Panthera apparu sur terre. Cet animal possédait les caractères biologiques du lion et du tigre et les fossiles ont été formellement identifiés sur le continent européen datant du pliocène tardif et du pléistocène inférieur et moyen.
Les premières formes de léopards, connus sous le nom de Panthera crassidensPanthera crassidens, sont apparues au pléistocène inférieur en Afrique. L’espèce évolua pour devenir l’espèce connue Panthera pardus et migra sur tout le continent africain, en Europe (où elle est aujourd’hui éteinte) et sur toute l’Asie.
Les formes primitives de lions les plus anciennes proviennent de Tanzanie où l’on trouva des restes fossilisés dans les gorges d’Olduvai datant du pléistocène inférieur et que les scientifiques ont attribué à Panthera fossilisPanthera fossilis. Ce lion semble avoir migré en Europe il y a 700 000 ans en Italie où il s’installa. Plusieurs fossiles ont également été trouvés en France, en Espagne et en Allemagne. Panthera fossilisPanthera fossilis était plus grand que le tigre de Sibérie (Panthera tigris altaica).
Il y a environ 350 000 ans, Panthera fossilisPanthera fossilis fut remplacé par une autre sous-espèce guère plus petite : le lion des cavernesPanthera leo spelaea (Panthera leo spelaea). Des restes fossilisés de cette sous-espèce ont été trouvés un peu partout en Europe (France, Allemagne, Angleterre) et en Sibérie orientale. Ce lion est bien connu des scientifiques car on en retrouve plusieurs traces sur les parois des cavernes européennes, par les gravures et peintures du paléolithique supérieur ou encore des gravures faites dans de l’ivoire (défense de mammouths). Selon les dessins retrouvés dans la grotte Chauvet, le lion des cavernesPanthera leo spelaea devait être spécialisé dans la chasse aux bisons des steppes (Bison priscus).
Le lion d’Asie (Panthera leo persica) semble être une relique du lion des cavernesPanthera leo spelaea. À la fin de la période glaciaire, son territoire s’étendait de la péninsule italienne à l’Inde. Panthera leo vereshchaginiPanthera leo vereshchagini était une sous-espèce de lion d’Asie au crâne plus court s’installa près du Détroit de Béring, en Sibérie et dans le territoire du Yukon au Canada il y a environ 350 000 ans, suite à un refroidissement général. Lors du réchauffement climatique qui eut lieu il y a 25 000 ans, le Détroit de Béring s’effaça à nouveau sous les eaux. Un corridor de terre se créa le long des montagnes rocheuses, reliant le territoire du Yukon et les États-Unis. Les lions, ayant à nouveau évolués, migrèrent alors vers les États-Unis.
Cette ultime sous-espèce, appelée le lion américainPanthera leo atrox (Panthera leo atrox), était la plus grande et la plus puissante de toutes les sous-espèces de lions (plus grande encore que le tigre de Sibérie et son ancêtre Panthera fossilisPanthera fossilis. Les plus beaux fossiles trouvés proviennent de la Brea Tar Pits, un gisement de goudron naturel à Los Angeles où ont été exhumés près de 80 spécimens. Ce lion est même allé s’installer au Mexique, passa l’isthme de Panama et migra vers l’Amérique du Sud. Il fut bloqué par les Andes, mais s’installa le long du Pacifique jusqu’au Pérou.
Il arrive que des individus d’espèces différentes s’accouplent et donnent des hybrides, tels que le tigron ou le ligre (entre le lion et le tigre), mais également entre les quatre espèces. Mais ces individus rares naissent souvent en captivité.
Les anomalies du pelage ne sont pas plus fréquentes, et touchent également les quatre espèces. Il arrive que naisse un lion blanc ou un tigre blanc, un léopard ou un jaguar noir.
ESPÈCES ET SOUS-ESPÈCES
De nombreuses sous-espèces ont été proposées pour Panthera, dont beaucoup pour le lion et le léopard sont, au mieux, discutables. Il a été proposé que toutes les populations de léopard subsahariens appartiendraient à la même espèce, le même cas se produirait avec les lions. Certaines espèces de lions préhistoriques pourraient bien être des espèces distinctes. Dans le passé, la panthère des neiges était souvent placé dans son propre genre Uncia. Aujourd'hui, on considère généralement qu'il appartient au genre Panthera, ce qui est également confirmé par des analyses de génétique moléculaire. La panthère nébuleuse n'appartient pas à Panthera, mais est très proche du genre. La panthère noire n’est pas une espèce distincte mais seulement le nom commun donné aux panthères atteintes d’un défaut génétique appelé le mélanisme qui leur donne cette teinte noire. On rencontre le plus souvent ce genre de défaut chez le jaguar et le léopard.
La liste suivante du genre Panthera est basée sur l'évaluation taxonomique de Mammal Species of the World et reflète la taxonomie révisée en 2017 par le groupe de travail sur la classification du Cat Specialist Group :