猫科（学名：Felidae）是哺乳纲食肉目中最具掠食性的一个科，主要分为豹亚科（即“大型猫科动物”，包括狮子、老虎、豹、云豹等）和猫亚科（即“小型猫科动物”，包括家猫、猞猁、猎豹、美洲狮等）两大演化支。最早的猫科动物出现于渐新世，更被人类熟悉的家猫在一万年前的全新世开始被驯化，其野生种亲戚斑猫仍然生存在欧洲、非洲和亚洲东部等地，虽然栖地破坏限制了其居住的范围。已灭绝的剑齿虎亚科为真的猫科动物，而其他如袋剑齿虎和猎猫等相似的动物则不是。
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已知现今世上有41种猫科动物，牠们都源自一个共同的祖先。这些物种源自于亚洲，且经由陆桥散布至各洲去。根据发表在《科学》上，由美国国家癌症研究所的Warren Johnson和Stephen O'Brien对线粒体基因和细胞核基因所做的研究，确定了猫的祖先在白令陆桥和巴拿马地峡至少10次洲与洲的双向迁徙之间，演化出8个主要的世系。其中，豹属是最古老的，而猫属则是最年轻的。他们估计大约百分之60的现存物种是在最近的100万年内演化出来的[2]。大多数的猫科动物有18或19个染色体倍性。新世界（中南美）中的猫有18个染色体倍性，这可能是导因于两个较小的染色体结合成了一个较大的染色体之故[3]。
在此发现之前，生物学家大多不能由化石的记录中建立出猫的分类树，因为不同物种的化石看起来都很相似，主要是尺寸上的不同。
猫科动物最亲近的亲戚被认为是麝猫、鬣狗和獴。所有的猫科动物都有一种基因异常，使得牠们尝不到甜味，亦无法消化大分子糖，故成为纯肉食动物。[4]
下图显示了包含已灭绝猫科动物的分化关系：[6]
| 猫科 Felidae
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| †原小熊猫属 Proailurus
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原小熊猫亚科 Proailurinae
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†Proailurus bourbonnensis
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†Proailurus lemanensis
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†Proailurus major
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| "Pseudaelurus"
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假猫世系
| †假猫属 Pseudaelurus
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†Pseudaelurus quadridentatus
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†Pseudaelurus cuspidatus
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†Pseudaelurus guangheesis
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†剑齿虎亚科 Machairodontinae 
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| †超猫属 Hyperailurictis
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超猫世系
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†Hyperailurictis intrepidus
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†Hyperailurictis marshi
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†Hyperailurictis stouti
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†Hyperailurictis validus
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†Hyperailurictis skinneri
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| †西瓦猫属 Sivaelurus
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†Sivaelurus chinjiensis
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柱猫世系
| †柱猫属 Styriofelis
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†Styriofelis turnauensis
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†Styriofelis romieviensis
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| 猫亚科 Felinae
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猫亚科 Felinae 
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| †中新豹属 Miopanthera
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†Miopanthera lorteti
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†Miopanthera pamiri
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豹亚科 Pantherinae 
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| 广义上
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| (grade)
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下图显示了现存猫科动物的分化关系：[7][8]
| 猫科 Felidae
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豹世系
| 豹亚科 Pantherinae
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| 豹属 Panthera
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雪豹 (P. uncia)
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虎 (P. tigris)
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| 云豹属 Neofelis
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云豹 (N. nebulosa)
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巽他云豹 (N. diardi)
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| 猫亚科 Felinae
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金猫世系
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| 金猫属 Catopuma
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婆罗洲金猫 (C. badia)
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金猫 (C. temminckii)
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| 纹猫属 Pardofelis
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纹猫 (P. marmorata)
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狞猫世系
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| 狞猫属 Caracal
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狞猫 (C. caracal)
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非洲金猫 (C. aurata)
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| 薮猫属 Leptailurus
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薮猫 (L. serval)
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虎猫世系
| 虎猫属 Leopardus
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虎猫 (L. pardalis)
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长尾虎猫 (L. wiedii)
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猞猁世系
| 猞猁属 Lynx
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美洲狮世系
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| 猎豹属 Acinonyx
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猎豹 (A. jubatus)
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豹猫世系
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| 豹猫属 Prionailurus
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豹猫 (P. bengalensis)
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渔猫 (P. viverrinus)
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扁头豹猫 (P. planiceps)
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锈斑豹猫 (P. rubiginosus)
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| 兔狲属 Otocolobus
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兔狲 (O. manul)
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| 猫属 Felis
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丛林猫 (F. chaus)
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黑足猫 (F. nigripes)
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沙漠猫 (F. margarita)
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| 斑猫
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欧洲野猫 (F. silvestris)
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家猫 (F. catus)
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家猫世系 |
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已知最古老的真正猫科动物（始猫）生存在渐新世和始新世的时期。在始新世时，牠演化出了假猫。假猫被认为是现存的两个亚科和已灭绝的剑齿虎亚科等的最古老共同祖先。较以马刀齿猫为知的这一群动物于更新世后期开始灭绝，其包括了剑齿虎、短剑剑齿虎、恐猫和似剑齿虎。
除被列入附录Ⅰ的所有种，其他（家养型标本除外）均被列为《濒危野生动植物种国际贸易公约》附录二的物种，被限制出口及贸易。狮Panthera leo (非洲种群)：为商业目的贸易且野外获得的骨、骨碎块、骨制品、爪、骨架、头骨和牙齿已确立的年度出口限额为零。为商业目的且源自南非人工繁殖机构的骨、骨碎块、骨制品、爪、骨架、头骨和牙齿有出口限额。
Vella, Carolyn; et al.. Robinson's Genetics for Cat Breeders and Veterinarians, 4th ed.. Oxford: Butterworh-Heinemann. 2002. ISBN 978-0-7506-4069-5. W.E. Johnson et al.: The Late Miocene radiation of Modern Felidae: A genetic assessment. Science, Bd. 311, S. 73-77, Jan. 2006
Piras, P.; Maiorino, L.; Teresi, L.; Meloro, C.; Lucci, F.; Kotsakis, T.; Raia, P. Bite of the Cats: Relationships between Functional Integration and Mechanical Performance as Revealed by Mandible Geometry. Systematic Biology. 2013, 62 (6): 878–900. ISSN 1063-5157. PMID 23925509. doi:10.1093/sysbio/syt053 
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- 猫
- 大猫
- 豹属杂交种
- 掐捏诱导之行为抑制现象（Pinch-induced behavioral inhibition）
- 剑齿虎
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