Panthera atrox, comumente conhecido como leão americano, era nativo da América do Norte. Sua distribuição geográfica incluía as regiões hoje conhecidas como os Estados Unidos, México e partes do Canadá. Evidências fósseis sugerem que era particularmente difundido nas partes ocidentais e centrais dos Estados Unidos, bem como nas regiões central e norte do México.

Panthera atrox habitava vários ambientes, desde planícies abertas até florestas. Isso sugere que a espécie era altamente adaptável a diferentes climas, embora provavelmente preferisse áreas que oferecessem abundante presas e abrigo, como pastagens e regiões arborizadas.

Como um predador de topo, Panthera atrox ocupava o topo da cadeia alimentar em seu ecossistema, caçando grandes herbívoros como bisões, cervos e possivelmente jovens mamutes e mastodontes. Seu papel ecológico era crucial na manutenção do equilíbrio dos ecossistemas em que habitava, controlando as populações de herbívoros.