Les habitats sont variés, bien que près des trois-quarts des espèce vivent dans les forêts. Les félins ont colonisé tous les continents, sauf l'Australie et l'Antarctique (exception faite du chat domestique).
La taxonomie des félins est complexe à étudier car peu de fossiles sont arrivés jusqu’à nous, et ceux-ci sont également difficilement différentiables : même de nos jours, reconnaître un squelette de tigre de celui d’un lion est complexe. Les travaux de phylogénie se tournent à présent vers la génétique, ce qui permet à la fois de différencier les diverses lignées de félins, mais également de dater leur divergence. Cependant, une difficulté vient s’ajouter à ces analyses : pour certaines espèces, les échantillons d’ADN sont difficilement ostensibles.
Les travaux menés en 2006 par Warren Johnson et Stephen O’Brien ont porté sur trente gènes différents situés sur les mitochondries et les chromosomes sexuels. En s’appuyant sur des fossiles et sur la séquence intégrale du chat abyssin « Cannelle » (Cinnamon), il a été possible de dater les embranchements de l’arbre phylogénétique. Ces recherches génétiques donnent une classification différentes des espèces vivantes de félidés. Nous avons, par ordre chronologique de divergence :
Les quatre dernières lignées présentent un rapport entre elles plus grand que les autres et forment un clade dans les Felinae.