Lew ma 38 chromosomów, które są podzielone na 19 par. Piętnaście z tych par jest wspólnych dla wszystkich gatunków kotów.
Lew jest klasyfikowany jako królestwo zwierząt, chordata gatunkowa, ssaki klasowe, carnivora rzędu, rodziny felidae i gatunki panthera leo. Dwa podgatunki panthera leo są powszechnie znane jako lew afrykański i lew azjatycki, z niewielkimi różnicami genetycznymi między tymi dwoma.
Z powodu stosunkowo niedawnej dywersyfikacji wielu gatunków, która miała miejsce zaledwie 10-15 milionów lat temu, naukowcy napotkali pewne trudności w określeniu ewolucyjnego procesu u felidae lub rodziny kotów. Kariotyp rodziny, który dotyczy wyglądu i liczby chromosomów w jądrze komórki, został zachowany w całym filogenetycznym rozwoju rodziny. Jednak w badaniu filogenetycznym przeprowadzonym w 2005 roku odkryto sześć unikalnych haplotypów lub dziedziczne odmiany DNA tego samego chromosomu. Te polimorfizmy spowodowały powstanie dwóch kladów, grupy lwów, które wędrują po wschodnich sawannach i innej grupie, która zamieszkuje zachodnie sawanny. Istnieją co najmniej dwie inne grupy, które są rozmieszczone w południowo-zachodnich regionach oraz w Sabi Sands.
Najbliższymi krewnymi lwów są tygrysy, które zawierają taką samą liczbę chromosomów jak lwy. W niewoli, dwa duże koty często są krzyżowane, by produkować tygrysy i ligandy. Ojciec tygrysa jest tygrysem, a ojciec ligusa - lwem. Te hybrydy są znane jako żyzne.
