目前，古生物證據表明，最早的大型貓科動物(Panthera)化石出土於非洲坦桑尼亞，在地質年代上屬於上新世晚期(Villafranchian早期)，距今350萬年(3.5 Ma)。這種大型貓科動物在形態學上具有許多現代獅子的骨骼特征，大多數學者認為它是最古老的類似獅子的Panthera sp。隨後，在180~170萬年前的東非發現了早更新世(奧杜瓦伊事件)的Panthera shawi。中更新世早期，獅子廣泛分布於非洲大陸的東部和南部。同時，化石記錄顯示，來自非洲的獅子已經開始進入歐亞大陸。到更新世中晚期，獅子已經擴散到歐洲大陸、不列顛群島(Panthera fossilis)、亞洲中東、西伯利亞、中國北方(周口店)和西南亞大部分地區(Panthera spelaea)。這種大型貓科動物的傳播和輻射能力是驚人的。比如獅子從歐亞大陸的西伯利亞經白令大陸橋遷徙到北美的阿拉斯加只用了100年！在最近的冰河時期，獅子從北美入侵南美中南部(秘魯)。
在形態學上，在東非發現的早更新世獅子化石(Panthera shawi的下頜骨、髖骨和股骨)與現代獅子沒有區別。這說明獅子(實際上是其他貓科動物)的品質性狀進化速度較慢。但它的形態大小進化速度很快。歐洲維拉廣場中晚期發現的洞穴獅子的材料，就頭骨和牙齒大小而言，平均比現代非洲獅子大。最近有人通過頭骨和牙齒的大小，精確計算和還原了洞穴獅子和巨豹的生活形態。更新世晚期的美洲獅類動物體型相當大，四肢骨骼大而細，在頭骨和牙齒上也與洞穴獅子不同。壹般來說，形態大小的變化是獅子進化的重點。此外，鬃毛的演化也引起了許多學者的興趣。從目前來看，歐洲石器時代的祖先制作的巖畫表明早期的獅子沒有鬃毛。這些獅子被稱為“無鬃獅”，包括黑獅和黑獅。直到1萬年前，無鬃獅還生活在歐亞大陸和新大陸(北美和南美)。距今32萬~ 654.38+0.9萬年前，有鬃毛的現代獅子開始出現，並逐漸取代了沒有鬃毛的獅子。今天生活在非洲大陸和西亞的獅子就是這些鬃毛獅的後代。
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