On décrit des crânes bien conservés de Panthera spelaea du Pléistocène supérieur provenant de deux régions géographiquement éloignées de la Russie situées dans la plaine russe et en Sibérie du Nord. La ressemblance du matériel étudié avec les lions fossiles contemporains de l’Alaska est établie. La morphologie crânienne de P. spelaea confirme sa position phylogénétique au sein du groupe des lions, alors que de nombreux caractères soutenant la relation du lion des cavernes avec le tigre sont primitifs. Les lions vivants et les lions des cavernes sont plus avancés que le P. fossilis du Pléistocène moyen car ils possèdent des incisives supérieures plus grandes et des bulles plus gonflées. P. spelaea possède également les caractères avancés suivants en commun avec le lion vivant : un museau élargi dans les zones canine et P2, des os nasaux larges, une partie pré-orbitaire du crâne relativement courte, une zone mastoïdienne élargie latéralement, une forme en V de l’extrémité postérieure du processus frontal de l’os maxillaire et une cuspide réduite sur le renflement du protocône de P4. Ces conditions établissent P. spelaea comme une espèce distincte.