狮子的祖先是古猫兽，它同时也是所有哺乳肉食动物的祖先，熊类、犬类以及猫类动物几乎都是从它演化而来的分支物种，狮子也不例外。不过古猫兽最初并不强大，生活于5000万年前的始新世时期，最擅长攀爬树木，主要以小型哺乳类、昆虫为食。

狮子属于哺乳动物中食肉目下的猫科豹亚科分支，因此追溯到源头，它和其他食肉目动物一样，都是来自于同一个哺乳类祖先，它就是小古猫，也被称为古猫兽，古猫兽常年生活在潮湿的雨林之中，外形就像多种动物的组合，口鼻处类似猫科动物，而骨盆则类似犬科，拥有着极为修长蓬松的类似松鼠的尾巴，体型非常小巧，体重只有1公斤，四肢极为短粗，保留了不少哺乳类肉齿目动物的早期特征。

古猫兽几乎可以说是哺乳类真正成为肉食者的开端，因此不管是猫的祖先，还是狮子的祖先，几乎都可以说是它，甚至是熊、狐狸、黄鼠狼、浣熊等也都和它有着非常近的亲缘关系，古猫兽可以像猫一样自由的将爪子伸缩，并且它的第四上臼齿和第一下臼齿组成了裂齿，这也是现代肉食哺乳动物的共同特征。

如果不追溯的那么遥远，目前最原始的狮类其实是一种发现于上新世时期的豹属生物，它距今已经是350万年了，但是在它的化石之中依然发现了不少现代狮类的骨骼特征，因此科学家都将其视为最原始的早期狮类，也就是狮子的祖先之一。之后科学家在东非又再次发现了不少180万年前的更新世时期的狮类化石，从而也表明中更新世时期，狮类动物都已经在非洲大陆上扩散开来。

其实古猫兽在渐新世末期就灭绝了，不过它已经演化出了大量分支，比如熊科、犬科、猫科等，而狮子就是猫科动物中发展最为成功的一类。原猫出现之后就逐渐分化出了豹亚科和猫亚科，而狮子就是豹亚科的一种，和老虎的祖先是同一个，但是豹子则属于猫亚科。