Thylacoleo carnifex, comumente conhecido como o leão-marsupial, é nativo da Austrália. Evidências fósseis sugerem que ele era encontrado predominantemente no continente, particularmente nas partes oriental e meridional do continente.

Thylacoleo carnifex habitava uma variedade de ambientes, incluindo florestas abertas, áreas de mata e matagais. O clima nessas regiões durante sua existência variava de temperado a árido, com variações sazonais que influenciavam os recursos disponíveis.

Como um marsupial carnívoro, Thylacoleo carnifex ocupava o nicho ecológico de um predador de topo. Ele provavelmente se alimentava de grandes marsupiais herbívoros, utilizando sua constituição robusta e dentição especializada para caçar. Suas preferências de habitat eram influenciadas pela disponibilidade de presas e abrigo adequado.