貓科是食肉目中肉食性最強的一科，是高超的獵手，其中大型成員往往是各地的頂級食肉動物。多數貓科動物善於隱蔽，用伏擊的方式捕獵，身上常有花斑，可以與環境融為一體。而現在多數貓科動物卻因為這些美麗的花斑而被人捕捉用來製作高檔時裝，加上棲息地破壞等其它原因，使貓科動物受到嚴重威脅。而貓科動物最為重要的食肉動物特別是頂級食肉動物，其數量的減少給生態環境造成較大的影響。
貓科動物起源於類似獵貓類的原始類型，獵貓類形態和性類似現在的貓科動物而較原始，以前作為貓科動物的一個亞科，現在則多作為獨立的獵貓科 Nimravidae 。獵貓科大體占據和貓科類似的生態地位，比較多樣化，多數犬齒比較發達，其中有些成員如始劍虎 Eusmilus 等發展出了類似劍齒虎的發達的上犬齒，是當時厚皮動物的主要捕食者。
真正的貓科誕生後向著兩個方向發展，一支上犬齒逐漸延長，另一支犬齒趨於變小而身體比較靈活。上犬齒逐漸延長的這一隻被歸入劍齒虎亞科 Machairodontinae ，其中以晚期的劍齒虎 Smilodon 為代表。劍齒虎大概是所以史前哺乳動物中最引人注目的，體型巨大，上犬齒特別發達，可能以厚皮動物為食，並隨著厚皮動物的減少而消失。
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| 劍齒虎 | 獵豹 | 辛巴威花紋特殊的獵豹 |
犬齒趨於變小的貓科動物又可以分成三支，一般分成三個亞科。
【獵豹亞科】
獵豹亞科 Acinonychinae 是向著快速奔跑的路棲動物發展的一支，是奔跑速度最快的動物。
獵豹亞科現存僅獵豹 Acinonys jubatus 一種，主要分布於非洲，也見於印度和中近東地區，其中印度的獵豹已經滅絕，其它地區的獵豹也處於瀕危狀態。獵豹的爪子不能伸縮，而起到跑鞋的作用，這在現存的貓科動物中是獨一無二的。獵豹的奔跑速度雖快，卻不能堅持很長時間，因此雖然速度要超過其它所有動物，但卻不是每次都能捕到獵物。在辛巴威發現一些花紋特殊的獵豹，曾被定為新種或新的亞種，後認定只是個體變異。
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| 長尾虎貓 | 美洲獅 | 藪貓 |
【貓亞科】
貓亞科 Felinae 包括現存貓科的絕大多數種類，分布廣泛。
貓亞科成員一般科均置於貓屬 Felis ，也有人將其分成幾個不同的屬，多數成員為中等體型，又統稱為小型貓類，但有些種類如美洲獅 Felis concolor 體型較大。
美洲獅也是分布跨緯度最多的貓科動物，從北美北部到南美南部都能見到。
小型貓類與大型貓類的主要區別不在於體型，而是小型貓類不發出吼叫聲。
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| 野貓 | 雲豹 | 獅子 |
貓亞科成員無論體型大小，均擅長爬樹，其中有些種類是在樹上捕獵的高手，如美洲的長尾虎貓 Felis wiedii ，其習性類似一些樹棲的靈貓科成員，也有些成員比較常在地面活動，擅長奔跑和跳躍，如非洲的藪貓 Felis seval ，體型頗似小型的獵豹。
貓亞科中人們最熟悉的當屬家貓 Felis sivestris ，被人們帶到世界各地。家貓的野性強於多數家畜，逃逸後常能野化，這些野化的家貓常會對環境造成一定的破壞，未野化的家貓野可能對小型動物造成一定的威脅。家貓的祖先是野貓 Felis sivestris ，分布於歐洲、非洲、亞洲中部、南部和西部，我國可見於西北地區。
【豹亞科】
豹亞科 Pantheriinae 成員又統稱大型貓類，可以發出吼聲，包括新貓屬 Neofelis 和豹屬 Panthera ，除了一種分布於美洲外，其餘均限於亞洲和非洲，特別是亞洲。
新貓屬僅包括雲豹 Neofelis nebulosa 一種，分布於我國南方和東南亞一帶。
雲豹是體型最小的大型貓類，比小型貓類中體型較大的成員還要小些，也有人將雲豹歸入小型貓類。雲豹也是現存比較原始的貓科動物，其犬齒比較發達，其犬齒的比例是現存貓科動物中最大的。雲豹是樹棲性動物，生活於森林地帶，爬樹技術非常高。
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| 虎 | 豹 | 雪豹 |
豹屬有５種“大貓”，每種可自成一個亞屬，都是人們熟悉的大型食肉動物，是最強有力的捕食者：
獅子 Panthera leo 有“百獸之王”之稱，不僅體型大，而且合作捕獵，是頂級食肉動物，也是貓科動物種唯一群居的成員。獅子分布於除了熱帶雨林地區以外的非洲各地一起南亞和中近東地區，現在除了印度的吉爾以外亞洲其它地方的獅子均已經消失，北非也不再有野生的獅子。
虎 Panthera Tigris 是比獅子更強壯的肉食動物，其中包括體型最大的貓科動物，可能也是現存最兇猛的肉食動物。虎分布於亞洲東部、南部和西部，從寒冷的北方森林到熱帶雨林均能見到。現在西亞和很多地區的虎已經消失，其它地區的虎也均處於瀕危狀態。
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| 美洲豹 |
豹 Panthera pardus 是豹亞科中分布最廣泛，數量最多的一種，分布於亞洲和非洲的廣大地區，適應從寒溫帶到熱帶的不同氣候以及從森林到草原的不同生存環境。豹體型略小，比較隱蔽，是偽裝捕獵的高手，善於爬樹，能將獵物拉上樹儲存起來。豹是非洲數量最多的大型食肉動物，但是仍然受到一定的威脅，而在亞洲一些地區豹則比較珍稀甚至瀕於滅絕。
雪豹 Panthera uncia 分布局限於亞洲的高原和高山地區，是僅有的分布於高海拔地區的大型貓科動物。雪豹外形似豹而貓較長，尾巴也長，是高山上的頂級捕食者。
美洲虎或稱美洲豹 Panthera onca 是美洲僅有的大型貓科動物，體型介於虎和豹之間，花紋似豹而斑點較大，環形斑中還出現黑點。美洲虎是拉丁美洲體型最大，最兇猛的食肉動物，適應從熱帶森林到比較開闊地帶的多種不同生存環境，現在比較稀有。
