美洲豹的故事要追溯到上新世。根据分子生物学的证据，美洲豹是非洲大猫（狮，豹，美洲豹支系）中最早分化出来的一支，与豹子-狮子分化的年代大概在365万年前。最早的美洲豹的化石则来自南非Kromdraai，其年代为190万年前。早更新世的气候环境变冷造就了更加开阔的草原，为动物迁徙打开了通道。美洲豹在亚洲最早的化石记录也是在西亚的德马尼西。他们和人类的祖先一起走上了征服世界的道路。
美洲豹是第一个进入欧洲的豹属成员。在美洲豹进入欧洲之前，当地的大型猫科动物有4种。美洲豹的生态习性和这4种大猫都不同，没有太激烈的竞争。因此在欧洲地区很快如鱼得水，成为欧洲早更新世最常见的大猫。美洲豹凭借着卓越的迁徙能力，在早更新世末期通过白令陆桥进入北美洲（85万年前），成为第一个到达新大陆的豹属物种。这个时期，北美的大型猫科动物只有2种，即剑齿虎类的纤细刃齿虎和猫亚科的惊豹。
和当初进入欧洲一样，美洲豹很快在北美顺风顺水，称王称霸，演化出了体型较大的奥古斯塔美洲豹。大概在中更新世，美洲豹顺势进入南美洲，成为亚马逊的主人。美洲豹是非洲大猫支系最早分化出来的支系，而事实上他的姐妹支系中的狮子则可能是美洲豹王朝的覆灭者。大约在60-80万年前，狮子也从非洲出发，开启了征服世界的旅程。狮子和美洲豹同属于非洲大猫，二者在生态上的主要差别在于狮子的个体更大，肢骨结构更加适应奔跑。
这在环境相对开阔的欧亚大陆北部相对于美洲豹更加有优势。在狮子进入欧亚后，很快成为欧亚大陆北部最常见的豹属化石物种，而美洲豹的则日渐衰退，在旧大陆大概在30-40万年前销声匿迹。我们最近的研究发现现生的美洲豹和旧大陆的美洲豹除了在体型上的差别外，还在一些牙齿结构上存在较大的差异。这些差异表现在现生美洲豹的犬齿沟槽退化，和前臼齿粗壮化。
现代美洲豹和其他豹属成员不同，主要食物是中小型动物，并包含相当多的硬壳/硬皮动物（鳄，龟，犰狳等），并且美洲豹捕杀猎物发的方式不像一般的豹属动物那样以锁喉（接触软组织）为主，而是以咬后脑勺（接触骨骼）为主。这种习性显然对牙齿的强度有着更高的要求。
美洲豹犬齿沟槽退化和前臼齿粗壮化很可能正是对这些习性的适应，而这些特征在欧亚大陆的美洲豹中的缺失则说明欧亚的美洲豹祖先很可能依然是以有蹄类为主食的，而美洲豹进入新热带界的雨林后，由于有蹄类动物资源相对匮乏，才逐渐发生形态演化。