Un leu de peșteră este un animal dintr-una dintre mai multe specii sau subspecii dispărute de feline mari. Toți leii de peșteră sunt membri ai genului Panthera, care include și lei moderni, precum și tigri, pantere și leoparzi. Trei subspecii, leul cavernian Beringian și Pleistocenul mediu timpuriu și Pleistocenul superior leii europeni din peșteră, sunt subspecii strâns înrudite ale leului modern, Panthera leo. Cel de-al patrulea tip, leul american de peșteră, a fost considerat inițial a fi o altă subspecie de leu, dar ulterior a fost identificat ca o specie distinctă.
Leii de peșteră au trăit în perioada Pleistocenului, o perioadă care a început acum 2,588,000 de ani și s-a încheiat cu 11,700 de ani. A fost o epocă glaciară sau glaciară, o perioadă de temperaturi globale scăzute în care la polii Pământului s-au format învelișuri mari de gheață și au avansat și s-au retras în mod repetat odată cu schimbările de temperatură. Leii de peșteră și-au primit numele deoarece fosilele lor sunt descoperite frecvent în peșteri, dar nu se crede că peșterile au fost locurile lor de locuit obișnuite. În schimb, oamenii de știință cred că, în general, trăiau în pajiști și păduri de conifere, unde vânau pradă precum cai, căprioare și zimbri. În unele cazuri, s-ar putea să fi vânat și urși și mamuți lânoși.
Cel mai timpuriu tip este leul european de peșteră din Pleistocenul mijlociu timpuriu sau Panthera leo fossilis. Cea mai veche fosilă cunoscută a acestei subspecii are o vechime de aproximativ 700,000 de ani, deși există fosile foarte asemănătoare în Africa cu 1,000,000 de ani mai vechi. Panthera leo fossilis era semnificativ mai mare decât leii de astăzi.
Succesorul său a fost Panthera leo spelaea, numită și leul european de peșteră din Pleistocenul superior sau leul de peșteră eurasiatic. Această specie de subspecie a apărut cu aproximativ 370,000 de ani în urmă și se crede că a dispărut cu aproximativ 12,000 până la 14,000 de ani în urmă, deși există unele dovezi care sugerează că buzunarele lor au supraviețuit până la doar câteva mii de ani în trecut. Habitatul său a cuprins o mare parte din nordul Eurasiei, de la Peninsula Iberică și Insulele Britanice din Vest până în Siberia și coastele Oceanului Pacific în Est.
Panthera leo spelaea era mai mică decât predecesorul său, deși tot mai mare decât leul modern obișnuit. Această subspecie a făcut obiectul picturilor rupestre, sculpturilor și sculpturilor create de oamenii din paleolitic, care îi înfățișează cu blană asemănătoare cu o versiune mai mică a coamelor leilor masculi de astăzi. Unele picturi îi înfățișează și vânând în grupuri, ceea ce este, de asemenea, o caracteristică a leilor moderni, dar este, de altfel, rar în rândul felinelor.
O subspecie strâns înrudită a fost leul de peșteră Beringean sau Panthera leo vereshchagini. Aceste animale au locuit în ceea ce este acum Alaska, nordul Canadei și nord-estul Rusiei. Sunt ceva mai mari decât verii lor europeni, dar sunt foarte asemănători genetic și probabil se încrucișează într-o mare măsură.
Panthera atrox, leul american, este singura formă de leu de peșteră care este de fapt o specie separată de leii moderni. Era un animal uriaș, chiar mai mare decât Panthera leo fossilis și cu aproximativ 25% mai mare decât un leu modern. Habitatul său acoperea cea mai mare parte a Americii de Vest, de la Alaska până la sud până în Peru. Ca și alți lei de peșteră, se ruga pe ierbivore mari și mijlocii.