地球上に現存するネコ科動物は、分類学上8つの主要な系統（約41種）に分かれています。その進化の起源は約3000万年前の漸新世に現れた原始的な肉食獣「プロアイルールス（Proailurus）」にまで遡ります。樹上生活から地上へと進出する過程で、彼らは「完全肉食（ハイパーカーニボア）」としての道を極め、無駄を削ぎ落とした究極の狩猟機械へと進化を遂げました。
現生のネコ科を大別する際、最も基本的かつ決定的な区分となるのが「ヒョウ亜科（Pantherinae）」と「ネコ亜科（Felinae）」の2グループです。この両者を分かつ最大のポイントは、首の奥にある「舌骨（ぜっこつ）」の構造と発声方法にあります。
ヒョウ亜科（ライオン、トラ、ジャガー、ヒョウ、ユキヒョウなど）は、舌骨の一部が柔軟な軟骨性靭帯で構成されており、声帯が大きく振動することで地鳴りのような「咆哮（ロア）」を上げることができます。その代わり、イエネコのように息を吸いながらも吐きながらも持続的に「ゴロゴロ」と喉を鳴らすことはできません。対照的に、ネコ亜科（チーター、ピューマ、サーバル、マヌルネコ、イエネコなど）は舌骨が完全に骨化しているため、咆哮を上げることは不可能なものの、親愛の情を示す連続的な喉鳴らし（パリング）が可能です。
また、獲物を追うためのネコ科骨格と身体能力にも独自の進化が刻まれています。鎖骨が退化して筋肉の中に浮遊しているため、前肢の可動域が極めて広く、幅の狭い場所をすり抜けたり、獲物に強烈な抱え込み攻撃を食らわせたりすることができます。伸縮自在の鉤爪（格納式爪）は、歩行時に摩耗するのを防ぎ、常に鋭利な状態を保つための完璧な武器となっています。
