A késő pleisztocén Panthera spelaea jól megőrzött koponyáit írjuk le Oroszország két, földrajzilag egymástól távol eső, az Orosz-síkságon és Észak-Szibériában található régiójából. Megállapítják a vizsgált anyag hasonlóságát az Alaszkából származó egykorú fosszilis oroszlánokkal. A P. spelaea koponyamorfológiája megerősíti filogenetikai helyzetét az oroszláncsoporton belül, míg a barlangi oroszlánnak a tigrissel való rokonságát alátámasztó számos jellemvonás primitív. Mind az élő, mind a barlangi oroszlánok a középső pleisztocén P. fossilishez képest előrehaladottak a nagyobb felső metszőfogak és a jobban felfújt bullák tekintetében. A P. spelaea a következő, az élő oroszlánnal közös fejlett jegyekkel is rendelkezik: kiszélesedett pofa a szemfogak és a P2 területén, széles orrcsontok, a koponya viszonylag rövid preorbitális része, oldalirányban kiszélesedett mastoideális terület, a maxilláris csont homloknyúlványának hátsó csúcsának V alakú formája és a P4 protocone dudorának redukált bütyke. Ezek a körülmények a P. spelaea-t különálló fajként határozzák meg.