Douze sous-espèces étaient traditionnellement reconnues, la plus grande étant le lion de l'Atlas disparu au cours du XXe siècle. Les différences majeures entre ses différentes subdivisions de l'espèce étaient la localisation et la taille de la crinière et du corps : la plupart de ces formes anciennement décrites sont à présent considérées comme invalides car ne prenant pas en compte la variabilité naturelle entre les individus. De plus, certaines descriptions de sous-espèces étaient basées sur des spécimens détenus par des zoos, dont l'origine n'était pas toujours certaines[64]. En 2004, seules huit sous-espèces sont reconnues[76],[77],[Note 2] ; parmi les sept sous-espèces africaines proposées, le lion du Cap (Panthera leo melanochaita) est probablement non valide[76].
Toutefois, de récentes analyses génétiques menées sur différentes sous-espèces de lion ont conduit à réduire le nombre de sous-espèces à deux : en 2008, l'Union internationale pour la conservation de la nature (UICN) ne reconnaît ainsi que le Lion d'Afrique (Panthera leo leo) et le lion d'Asie (Panthera leo persica)[78].
Le lion d'Afrique (Panthera leo leo) : auparavant répandu dans toute l'Afrique, il ne se trouve à présent qu'à partir du sud du Sahara jusqu'au nord de l'Afrique du Sud ;
Le lion d'Asie (Panthera leo persica) est très semblable au lion africain. D'après les recherches biomoléculaires, il se sépara il y a 50 000 à 100 000 ans de son cousin africain. Il possède une crinière moins importante et un pli au milieu du ventre. À cela il faut encore ajouter une pilosité beaucoup plus importante au niveau du coude. Le lion asiatique est en général plus petit que l'africain. Un mâle adulte a une masse corporelle comprise entre 160 et 190 kilogrammes, une femelle entre 110 et 120 kilogrammes. Il s'étendait autrefois sur l'ensemble du sous-continent indien. La taille du groupe est en moyenne moins importante que celle de son homologue africain. Au début du XXe siècle, la sous-espèce semblait destinée à disparaître : il n'y avait alors plus qu'une vingtaine d'individus. La forêt de Gir et ses alentours furent alors déclarés « protégés » et en 1965 fut créé le parc national de la forêt de Gir ; la population put à nouveau augmenter à hauteur de 300 animaux, qui toutefois sont menacés par un territoire bien trop petit (250 km²) et par un fort croisement d'animaux apparentés, qui a mené à la perte de la diversité génétique de ces lions