Se describen cráneos bien conservados de Panthera spelaea del Pleistoceno tardío procedentes de dos regiones geográficamente distantes de Rusia situadas en la llanura rusa y en el norte de Siberia. Se establece el parecido del material estudiado con los leones fósiles contemporáneos de Alaska. La morfología craneal de P. spelaea confirma su posición filogenética dentro del grupo de los leones, mientras que muchos de los caracteres que apoyan la relación del león de las cavernas con el tigre son primitivos. Tanto el león vivo como el de las cavernas son avanzados en relación con el P. fossilis del Pleistoceno Medio al tener incisivos superiores más grandes y bullas más infladas. P. spelaea también posee los siguientes caracteres avanzados en común con el león viviente: hocico ensanchado en las áreas canina y P2, huesos nasales anchos, parte preorbital del cráneo relativamente corta, área mastoidea ensanchada lateralmente, forma en V de la punta posterior del proceso frontal del hueso maxilar y cúspide reducida en la protuberancia del protocono de P4. Estas condiciones establecen a P. spelaea como una especie distinta.