Välbevarade kranier av Panthera spelaea från den sena pleistocena perioden har beskrivits från två geografiskt avlägsna regioner i Ryssland, den ryska slätten och norra Sibirien. Likheten mellan det studerade materialet och samtida fossila lejon från Alaska konstateras. Kraniemorfologin hos P. spelaea bekräftar dess fylogenetiska position inom lejongruppen, medan många av de karaktärer som stöder grottlejonets släktskap med tigern är primitiva. Både levande lejon och grottlejon är avancerade i förhållande till den medelpleistocena P. fossilis genom att de har större övre framtänder och mer uppblåsta bullae. P. spelaea har också följande avancerade karaktärer gemensamt med det levande lejonet: bredare nos i hörn- och P2-områdena, breda näsben, relativt kort preorbital del av kraniet, lateralt breddat mastoidområde, V-formad form på den bakre spetsen av den främre processen på käkbenet och reducerad käpp på protoconutbuktningen på P4. Dessa förhållanden fastställer P. spelaea som en distinkt art.