Le smilodon aurait été un grand prédateur. On estime d'après sa morphologie, sa masse musculaire et sa mâchoire qu'il chassait les grands mammifères : des bisons (jeunes ou malades), des chevaux et des camélidés. On sait qu'il était également charognard car beaucoup de ses fossiles ont été retrouvés autour d'autres fossiles à La Brea. Il pouvait manger jusqu'à 8 kg de viande par jour. Son absence de queue (dont les félins se servent pour équilibrer leur course) et sa morphologie laissent penser qu'il ne pouvait pas courir longtemps et devait donc approcher ses proies par surprise.
Sa mâchoire étudiée par des biomécaniciens montre une capacité de pression bien inférieure à celle d'un lion actuel et équivalente à celle d'un gros chien. La longueur et la courbure de ses dents de sabre mais surtout leur grande fragilité sur des mouvements latéraux limitaient grandement sa gamme de proie et sa manière de les attaquer. Il ne pouvait ainsi pas les saisir avec la mâchoire comme les félins actuels, mais sans doute les agripper avec ses griffes, les faire tomber, et ensuite d'un coup de mâchoire à la gorge, trancher avec ses dents de sabre les artères vitales de la proie (les félins actuels étouffent le grand gibier en serrant leur mâchoire sur leur gorge).
Le smilodon n'était pas le plus grand prédateur nord-américain du Pléistocène, il était contemporain à Panthera leo atrox (lion d'Amérique) et Arctodus simus (ours à face courte), les deux plus grands prédateurs de l'époque. Un autre de ses concurrents était l'oiseau géant Phorusrhacos, qui mangeait probablement les carcasses laissées par Smilodon.
Une autre hypothèse est que le smilodon utilisait ses dents mâchoires fermées pour casser la glace, ou assommer ses proies (eusmilus) à la façon des morses, déchirer les épaisses couches de graisse de mammifères marins. Il possédait une alimentation et un comportement proche de celui de l'ours polaire, peut-être était-il même meilleur nageur que celui-ci. La musculature du cou ainsi que la taille des vertèbres cervicale et dorsale peuvent étayer cette hypothèse.
