Le chat de Martelli (Felis lunensis) est un félin de la sous-famille des Felinae. Il y a environ 12 millions d'années, le genre Felis est apparu donnant naissance à de nombreuses espèces de chats sauvages modernes. Le chat de Martelli était l'une des premières espèces du genre Felis apparaissant lors du Pliocène il y a environ 2,5 millions d'années.
Des ossements fossiles du chat de Martelli ont été découvert en Italie et en Hongrie. Les preuves fossiles suggèrent que le chat sauvage d'Europe (Felis silvestris silvestris) a peut-être évolué à partir du chat de Martelli au cours du Pléistocène moyen. Il en a résulté que certains scientifiques ont considéré que le chat de Martelli était une sous-espèce de chat sauvage.
Le premier spécimen découvert fut décrit par le naturaliste Ugolino Martelli en 1906 et est aujourd'hui conservé dans les collections de l'Université de Florence en Italie.