老虎和狮子同属于大型猫科动物，从起源看，目前比较公认的是老虎起源于距今约200万年前的东亚（即现今华南虎的分布区），然后慢慢演化为多个亚种。关于狮子，已知最早的狮类祖先的化石在非洲东部发现，它的骨骼结构兼有现今狮子和老虎的特征，被称为原始狮。到了距今约50万年前，这些原始狮开始从东非向四处扩散，由于对不同环境的适应，其中一些成员开始走出非洲并独立演化。进入亚洲北部的成员演化成了杨氏虎，但是此“杨氏虎”与起源于中国的现代虎和剑齿虎却不是同源，并且与二者共存了相当长的时间。而进入欧洲的原始狮，适应了山地和寒冷的气候，进化为洞狮，也有人认为美洲拟狮就是洞狮中的某些成员演化而来的，这个当然无从考证。同样，留在非洲的原始狮，慢慢演化成现代非洲狮和亚洲狮（它们是非洲狮在距今更近的时候再次进入亚洲而成）。
从血缘基因来看，与老虎基因最近的反而是雪豹，而与狮子相近的则是美洲豹。
因此，从广义上来说，因为都属于猫科动物，它们有很多相似的地方，但从狭义来说，它们又各自不同，曾经还有科学研究人员宣布发现了一种史前哺乳动物--Dormaalocyon latoun，它生活在0.55亿年前，经研究分析，它是狮子，老虎和熊的共同祖先物种，体重不到900克等等，由此可见，说它们同出一种也未尝不可，这种例子，在自然界比比皆是，比如驴子和马，就能生出骡子。
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