猫科动物包括小型至大型的不同大小的食肉兽类，全世界共有大约38种，分布于除南极洲、大洋州、马达加斯加和其他一些海洋性岛屿外的世界各地，尤其是热带、亚热带地区种类最多，是食肉类动物中占有首要地位的一个类群，种类繁多，分布广泛，与人类的关系也十分密切。
猫科动物的外形均与家猫相近，十分匀称。头圆吻短，眼睛大而圆，瞳孔直立，耳朵小，而呈圆形或尖形。牙齿的数目减少，只有28-30枚，但很多牙齿的形状变得很强大，同时连带着上下颌骨也变得短而粗壮，而控制颌骨的肌肉及附着的颧弓也变得更坚强有力。门齿较小而弱，上下颌各有3对，主要作用是啃食骨头上的碎肉和咬断细筋。犬齿长而极为发达，最为突出醒目，而且还与附近的门齿及前臼齿之间保持相当的空隙，是主要的武器，用来杀伤或咬死猎物，由于前后有间隙，因此能咬得更紧，贯穿得更深。上下4枚犬齿相合，好比4支枪尖交错一般。臼齿只有1对，上臼齿退化，都是非常弱小，而且被压缩到内侧，但是下臼齿则很坚强发达。裂齿强大，又有两三个特别锐利的齿尖，上下交错，形如剪刀，可能咬穿最硬厚的牛皮或割裂最坚韧的兽肉。裂齿位置靠后，接近咀嚼肌，所以它们的强力咬切动作均后移至嘴角。
猫科动物全部感觉器官都高度发达，视觉、听觉、嗅觉都好，而且触须又多又长，特别是栖息于森林中的种类，与此相关联的是大脑非常发达。具有灵敏的嗅觉，但不专靠追循嗅迹。而应用听觉和视觉则更形重要。猫类听觉很精细，能确定声源的方位。这种高度发展的能力，对潜行、跳跃式扑猎颇为重要。眼睛大而圆，在比例上是食肉动物中最大的。瞳孔富于伸缩性，在夜间能充分放开，以便最大限度地吸收光线，而在光线强烈时，小型种类的瞳孔可以缩成一条狭线，大型种类则以可缩成小圆孔，借此避免眩耀，所以既能看清黑暗中的物体，也能看清强光下的物体。视网膜包括有圆锥细胞、圆柱细胞，能区别颜色，对短波光线的感受，超过人类的六倍，所以对骤然的黑暗，猫眼睛亦比人类更能适应，调整的更快。在夜间，当光线射入眼睛所见到的反射光，是由于透明视网膜色素层的特殊反射现象，这种现象在夜行性食肉兽中均可见到，而猫类则较显著。触须、眉毛和上臂下端的长而硬的刚毛，均与神经相通，司触觉作用，尤其是触须，就象汽车头上的指示杆，在黑暗中可借以探寻可通过的路径，所以在茂密的森林中夜间活动，比在草原中更需要触须的帮助。舌头的主要功用不是司味觉，因为它们的味腺小而不发达，而且进食的时候狼吞虎咽，好象也不太需要品尝滋味，但是舌上有又多又密的舌刺，为其他食肉类所少见。舌刺的尖端朝后，属于角质，很硬，其功用是把骨头上面的余肉舔食干净。在正常光照条件下、家猫和野猫有同样敏锐的视觉。
猫科动物的身体和四肢长短适中，体型瘦削，但肌肉发达，结实强健。颈部粗短，以便承受头和牙齿的猛烈咬啮动作而引起的震动。四肢较短，但粗壮而沉重。趾行性，前肢5趾，但拇趾高而小，后肢四趾，所以着地的脚印前后都只现出四趾。除猎豹外，爪均弯曲锐利，能伸缩，而且有爪鞘的保护，灵活的各趾与能伸缩的利爪相结合，有两对弹性韧带，拉起末端趾节，爪便缩入爪鞘内。当屈肌缩短，连接末端趾节的肌肉收缩，使趾节弯曲向下，爪随即伸出，这样既可以避免趾尖磨钝，又免得触地出声，使四肢，特别是前肢成为完善的捕食器官，其功用为抓攫、撕裂和打击，作为一项攻击的武器，爪的作用尚先于齿，即必须先用爪抓着猎物，然后才能用牙去咬。不同的种类攻击的方式及姿态均不尽相同，而且与目标的大小、实力及当时的情况（静立、行动、位置、时间等等）都有关联。有时是跳到猎物背上，以两掌抓着它的颈部和吻部，猛力把它的头扭转甚至拧折；有时是由下面抓着猎物的喉咙，撕裂或按在地上闷死；有时是在抓住之后，用犬齿咬断颈椎；甚至有时只需猛力一掌，就把猎物的颈部击折了。它们在行走和奔跑都采用趾行性，跖不着地，因此重心向前，特别轻捷而富于弹力，跳跃的能力也远远超过其他食肉类动物。着地的是各趾的趾垫和掌中的肉垫，所以悄无声息，这也是其采用埋伏和奇袭等特殊的猎食方式所必需的。
猫科动物在线条上一般显得非常优美悦目，全身毛被密而柔软，有光泽。体色由灰色到淡红、浅黄以至棕褐色，在食肉类中是毛色绚丽的类群。在毛色和花纹方面则有很大变化，有的有斑点（如豹和雪豹），有的有斑纹（如虎），有的兼具斑点、斑纹（如虎），有的则完全没有花纹或者花纹极少（如狮、美洲狮），这些都与它们的生境具有密切的关系，但是毛色和花纹也不全是取决于保护色的作用，其他因素还包括栖息地的温度、湿度、光线等，温度高、湿度大及森林中光线微弱，毛色通常较深，反之，如果温度低、阳光充足、气候干燥，毛色就会变淡。猫科动物的尾巴粗细一致，除少数种类外，均比较长，末端钝圆。
猫科动物在《濒危野生动植物种国际贸易公约》中，有狞猫、云豹、虎等20种被列入附录I，其余所有种均被列入附录II。我国将云豹、豹、虎和雪豹4种列为国家I级保护动物，猞猁、草原斑猫、荒漠猫、丛林猫、兔狲、金猫和渔猫列为II级保护动物。
