Był prawdopodobnie największym drapieżnikiem z grupy wielkich kotów z rodzaju Panthera jaki kiedykolwiek żył na Ziemi, około 25% większy od dzisiejszego lwa afrykańskiego i nieco większy od tygrysa. Był zbliżony wielkością do współczesnych hybryd lwa i tygrysa -lygrysów. Wywodzi się z linii afrykańskich prymitywnych lwów określanych jako grupa P. leo fossilis-spelaea. Z wyglądu stanowił formę pośrednią między współczesnym lwem a tygrysem. Ludzie pierwotni pozostawili jego liczne wizerunki w jaskiniach. Większość malowideł i rycin skalnych przedstawia lwy jaskiniowe bez grzywy, co sugeruje, że jej nie posiadały. Pokryte długą i gęstą sierścią, osiągały 3,5 m długości - od głowy do końca ogona. Samce ważyły średnio 270-320 kg, a samice 175 kg. Samiec największego żyjącego współcześnie kota - tygrysa syberyjskiego waży średnio 250-300 kg. Żywił się koniowatymi i jeleniowatymi.
Lew jaskiniowy egzystował w plejstocenie od co najmniej 300 tys. lat temu. Wymarł prawdopodobnie 11-10 tys. lat temu, podczas ostatniego zlodowacenia. Pewne, niepotwierdzone przesłanki wskazują, iż lew jaskiniowy zachował się znacznie dłużej - na Bałkanach, aż do epoki historycznej - 2 tys. lat temu, a o jego występowaniu w lasach Grecji wspominają Herodot i Arystoteles. Według tej teorii wytępiono go około I w. n.e. Większość uczonych jest jednak zdania, iż te relacje mówią o północnej rasie lwa azjatyckiego.