剑齿虎亚科动物从早中新世一直生存到更新世末。在整个中新世和上新世栖息在北美洲和欧洲，非洲；至上新世已扩展到亚洲；在更新世存在于北美洲和南美洲。科学上狭义的剑齿虎概念仅指剑齿虎属的几个种，即短剑剑齿虎（machairodus)，更广义的大众概念可以指所有剑齿猫科动物（剑齿虎亚科动物），包括副剑齿虎，剑齿虎（短剑剑齿虎），似剑齿虎（锯齿虎），异剑齿虎（异刃虎），后猫，恐猫，巨颏虎（巨剑齿虎），刃齿虎（美洲剑齿虎）。其中以刃齿虎（smilodon)最为著名。最有名的剑齿猫科动物是更新世刃齿虎属(Smilodon)，剑齿最发达。它是北美和南美的一种短腿的大型猫科动物，比现代狮、现代虎大。巨大的上犬齿最大可达20厘米，可能是用来刺击猛犸幼崽之类的大型草食动物。斯剑虎属的下述几种身体适应性变化使人推想到可能存在这样的狩猎技能︰颅骨能以附著强健的颈目肌调节以利低头动作；下犬齿退化；腭能张开到约90°角，使上犬齿能不受限制地活动。臼齿形成剪刀状，而无磨研表面的痕迹。这一属许多成员的骨头曾在加利福尼亚、洛杉矶拉布雷亚(La Brea)大牧场的沥青坑里找到，显然是剑齿动物捕食大型草食动物时两者同时陷入沥青。此外在沥青坑中还发现了大批恐狼化石。刃齿虎属的祖先巨颏虎属，是上新世旧大陆的中等大小猫科动物，身上已具备基本的刃齿虎特征，但还未充分发展。
在早中新世出现了副剑齿虎，后来的剑齿虎亚科一直生活到距今100万年前的更新世。它是大型猫科动物进化中的一个旁支, 其中最著名的刃齿虎属大约生活在距今300 万～1 万年前的更新世——全新世时期, 与进化中的人类祖先共同渡过了近300 万年的时间。剑齿虎的体形最大与现代虎差不多，也有少数刃齿虎属成员达到洞狮的大小。但是它的上犬齿却比起现代虎的犬齿大得多，甚至比野猪雄兽的獠牙还要大，如同两柄倒插的短剑一般。食肉类动物的犬齿作为捕食猎物的一种杀伤武器，正常的情况应该是上下犬齿平均发展，在攻击时能够上下相合，就可以咬死猎物。但是剑齿虎的上犬齿演化得如此巨大，而下犬齿又相对退化，根本不成比例，所以可能是专门用来对付象类等大型的厚皮食草类动物的。如此特殊而长大的犬齿，只需一对就可戮入猎物身体的深处，并且可以尽量地扩大伤口，造成猎物的大量出血而死亡。与此相适应，剑齿虎的头骨和头部的某些肌肉也相应地发生变化，以便口可以张得更大，使下颌与头骨能形成90度以上的角度，这样才能充分有效地发挥这对剑齿的作用。但是，这种极端特化的发展，显然也有其不利的一面，即大大缩小对环境和猎物的适应面，随着更新世时期各种大型厚皮食草动物的绝灭，使得不善于快速奔跑的剑齿虎也逐渐无所用其长，竞争不过那些比较灵活的并且全面发展的一般食肉类动物，也随着它的猎物走向了灭绝。代之而兴的就是后来出现的现代虎以及其他大型食肉类动物。
剑齿虎亚科的体型很大，其中最大的种非洲巨型剑齿虎肩高约1米，体重近300KG，虽不够高大，但它们却拥有壮实的身体，尤其是前肢。它最引人注目的地方无疑是头部——两颗长达10厘米的剑齿深深埋入上颌，几乎与头顶处在同一水平面上；下颌则向下伸出了小型护叶。这样的护叶虽有利于保护突出的剑齿，但同时也增加了骨折、感染的危险，而且还造成头部变重，一定程度上影响了行动的灵活性。[1]
有些剑齿虎经常被误认为是长着獠牙的狮子的动物：比如刃齿虎，其实两者大不相同。剑齿虎的体重比现代狮子重不少。它的后腿和尾巴非常短小，更像是一只体格健壮的瘦熊。成年剑齿虎体重约300公斤-400公斤，以大型哺乳动物为食。
在洛杉矶市区的拉布里亚农场是世界上最不寻常的化石遗址之一。不过，拉布里亚以发掘一种特定动物———致命刃齿虎而闻名。这里已先后复原了两千多只，使刃齿虎成为最为人所知的史前猫科动物。
剑齿虎笨重身躯表明，它是个孤独的伏击杀手。剑齿虎最引人注意的就是它的一对獠牙，它是如何利用它们捕杀猎物的，对此，人们却知之甚少。要想找到答案必须观察它的肌肉结构。通过比较附着在美洲豹头骨上的咬合肌，得知剑齿虎的咬合力是比较小的。
剑齿虎曾生活在亚洲，非洲，北美洲，在中国也有大量化石出土。
刃齿虎曾广泛分布在美洲大陆上， 但化石数量出产最多的和骨架最完整的地方是在美国。美国洛杉矶有一个著名的汉柯克化石公园，这个公园原先是个沥青湖，面积还没有北京北海公园的1/ 3 大。当地的印第安人就利用这些沥青来烧火做饭，后来白人夺取了这块土地，在沥青湖上打井采油，挖沥青铺路，湖中埋藏的化石便被发现了。从1875 年发现第一块化石起，100年来挖出2,100 只致命刃齿虎，此外还有大量其他脊椎动物的化石。有趣的是，这2,000多只刃齿虎若按年龄来分析，幼年的仅占16.6%，而青壮年的却占82.2%，表明了它们是来这里捕食陷入沥青湖的猎物，而遭到灭顶之灾的。
剑齿虎最先出现于约始新世中期，最后消失的则约在几千年前。以下是各剑齿虎的属，并其分布地及出现时期：又称拟剑齿虎，是已知最古老的剑齿虎亚科动物，生活在中新世，肩高约58厘米，与豹相似。
短剑剑齿虎属由副剑齿虎进化而来。生活在晚中新世到上新世末更新世初的非洲，欧洲，亚洲，也有少数进入过北美洲。最大体型相似于洞狮，肩高达1.2米，剑齿较刃齿虎短但也超过10CM以上，在中国甘肃等地都有发现，是狭义上真正的剑齿虎。
迅剑虎属
晚中新世-上新世非洲一属较冷门的剑齿虎亚科动物，类似于锯齿虎，速度敏捷。
锯齿虎属
旧称似剑齿虎，由剑齿虎进化而来，生活在上新世末到更新世末的亚欧非南北美五大洲，是分布最广泛的剑齿虎亚科成员，体型中等，喜好袭击幼年长鼻目，已发现此属成群活动的证据。
异刃虎属
旧称异剑齿虎，生活在早中更新世的北美洲，化石数量稀少，只在美国部分地区发现过，不管生存时间还是分布范围都是剑齿虎亚科中最狭窄的，身体结构古怪，可能以西貒科动物为主食。
后猫属
体型与美洲狮相仿，身材较为细长，剑齿扁而短，不是特别发达，相对其他剑齿虎长相更类似普通猫科动物。曾经被怀疑是猎猫科的遗留，现已被完全否定，也有学者质疑它们是早期的豹亚科。
恐猫属
由后猫进化而来，生活在上新世到早更新世的欧亚大陆、非洲和北美洲，因在BBC《与古兽同行》中出场而著名，和后猫一样剑齿不发达。擅于捕食灵长动物。也有学者质疑它们是早期的豹亚科。
巨颏虎属
旧称巨剑齿虎，其实体型并不巨大，只有豹子般大小。生活在上新世到中更新世的亚欧非，少数进入北美，对古人类来说是极大的威胁，在北京周口店就发现了意外巨颏虎威胁北京猿人的化石证据。
刃齿虎属
旧称美洲剑齿虎，由一支进入美洲的巨颏虎进化而来。广泛分布在晚上新世到更新世末的南北美。共有三个种，其中毁灭刃齿虎体型最大与洞狮相仿，和最大的剑齿虎属共为最大剑齿虎亚科，剑齿长度也是剑齿虎家族之最，体型是猫科中最粗壮的，擅长搏击制服猎物并以剑齿攻击猎物脖颈咽喉一击毙命。刃齿虎在《与古兽同行》《史前一万年》《狂野新世界》《史前公园》等影视作品中频繁出场，在动画电影《冰河时代》中是主角之一，可谓最有名的剑齿虎亚科。刃齿虎在10000年前的灭绝标志了剑齿虎整个家族的最终灭亡。
所有剑齿虎都是生存于3370万年前至9000年前，但它们的演化支却在更早的时间就已经开始分支。
袋剑虎的分支是最先分开的，约在白垩纪晚期。它们是有袋类，较为接近袋鼠及负鼠而多于猫科。肉齿目则接着分支，再为猎猫科，而最终是猫科的剑齿虎。[4]
在洛杉矶市区，拉布里亚农场的沥青坑是世界上最不寻常的化石遗址之一。拉布里亚以发掘一种特定动物———剑齿虎而闻名。这里已先后复原了两千多只。
一百多万年来，一直占据统治地位的剑齿虎突然却不得不面对灭绝的危险。拉布里亚沥青坑的化石显示，那场灾难威胁到了许多物种。许多动物都和剑齿虎一样遭到了灭顶之灾。
碳-14年代测定结果显示，当时刚好是上一个冰河时代末期。在漫长的10万年里，地球上的气温要低5到10摄氏度。但是一万一千年前，全球气候却开始变暖。
在亚利桑那州的索诺拉沙漠，古植物学家朱利奥·贝坦科找到了有力的证据，揭示了剑齿虎统治时期的气候状况，以及导致灾难发生的巨大变化。
索诺拉非常干燥，但朱利奥的研究发现，当时的情况并非如此。他的证据来自一种出人意料的动物———狐尾林鼠。一万两千年前的林鼠巢穴为人类提供了大量证据。
狐尾林鼠用岩石做遮挡，并从五、六十米远的地方带回一些植物来筑巢。林鼠经常在上面留下尿液，尿液蒸发之后就会结晶，于是，这些材料就像琥珀一样被保存了下来。
这些被保留下来的植物显示：在冰河时期，这里曾是一片森林，而且气候寒冷、潮湿。当时索诺拉沙漠的大部分地区都是被松树、桧树和橡树覆盖的森林。
但是一千年后，狐尾林鼠的遗迹却讲述了一个截然不同的故事。当时，松树林和橡树林正逐渐消失，冰河时代进入尾声，地球环境发生了巨大变化。
从上个冰河时代末期起，美国西南部以及加州南部就变得越来越热，气候也越来越干燥，原来的植被逐渐被沙漠植被所取代。
对剑齿虎来说，野牛数量的增加并没有给它们带来好运。尽管剑齿虎生来就是伏击高手，但在干燥空旷的大地上，可供隐蔽的地方不多，剑齿虎空有一身伏击技巧却很难有用武之地。它必须追捕猎物，但速度又跟不上。
通过研究化石，格雷·麦克唐纳发现，这不仅是因为掩护减少了，还在于野牛进化出了强大的新型防御机制。
格雷说：“它们的体型变小了。这的确很有利，因为小型动物不需要太多食物就能生存，而且同一地区可以容纳更多数量，这意味着，它们的群落越来越大，有更多的眼睛和帮手在提防着掠食动物。”
对剑齿虎而言，大型野牛群的增加进一步削减了它们的生存几率。冰河时代结束时，剑齿虎的许多猎物都消失了，很难再找到独居的攻击目标。
阿根廷几个地点都有发现剑齿虎的化石，而巴西拉哥亚圣塔洞（Lagoa Santa）的发现尤为著名。
一百多万年前，一直占据统治地位的剑齿猫科动物突然却不得不面对灭绝的危险。拉布里亚沥青坑的化石显示，那场灾难威胁到了许多物种。许多动物都和剑齿猫科动物一样遭到了灭顶之灾。在漫长的10万年里，地球上的气温要比如今低5到10℃。但是一万一千年前，全球气候却开始变暖。
剑齿虎迎来了繁荣期，但是随着其他生物的进化和发展，速度更快更强壮的生物使得剑齿虎捕食越来越困难，最后，他遇见了最大的敌人——人类。
剑齿猫科动物肯定绝灭了，剑齿猫科动物和原始人类共同生活过，据专家研究，剑齿猫科动物的灭绝，也有原始人类的力量，掌握石器的人类祖先，已经可以和剑齿猫科动物对抗了。
美国洛杉矶有一个沥青湖，完整保存了数以百计的刃齿虎的尸体 ，为研究剑齿猫科动物提供了大量的材料。
