Smilodon sống trong thế Canh Tân (2,5 mya - 10.000 năm trước), và có lẽ là chi mèo răng kiếm gần đây nhất.[1] Smilodon có lẽ sống trong một môi trường sống khép kín như rừng hoặc các đồng cỏ bụi rậm.[50] Hóa thạch của chi đã được tìm thấy trên khắp châu Mỹ.[4] Ở Bắc Mỹ, môi trường sống đa dạng đã hỗ trợ những con mèo răng kiếm khác ngoài Smilodon, như Homotherium và Xenosmilus; môi trường sống ở đây rất phong phú từ các khu rừng cận nhiệt đới và thảo nguyên ở phía nam, đến thảo nguyên voi ma mút ở phía bắc. Smilodon sinh sống ở các vĩ độ ôn đới của Bắc Mỹ, nơi thảm thực vật khảm của cây gỗ, cây bụi và cỏ ở phía tây nam chứa đầy các loài động vật ăn cỏ lớn như ngựa, bò rừng, linh dương, hươu, lạc đà, voi ma mút, mastodon và lười đất. Những động vật ăn thịt lớn khác bao gồm sói dire, gấu mặt ngắn (Arctodus simus) và sư tử Mỹ.[24][51][52] Do sự cạnh tranh từ các loài thú ăn thịt lớn hơn ở Bắc Mỹ, S. fatalis có lẽ không thể đạt được kích thước tương tự như S. populator. Kích thước tương tự của S. fatalis và sư tử Mỹ cho thấy sự chồng chéo và cạnh tranh trực tiếp giữa các loài này và chúng dường như đã ăn con mồi có kích thước giống nhau.[53]

S. gracilis đã xâm nhập vào Nam Mỹ trong thời kỳ đầu đến giữa Canh Tân, nơi có lẽ đã sinh ra loài S. populator, sống ở phía đông của lục địa. S. fatalis cũng đã vào miền tây Nam Mỹ vào cuối Canh Tân và hai loài được cho là bị chia cắt bởi dãy núi Andes.[1][12][54] Tuy nhiên, vào năm 2018, một hộp sọ của S. fatalis được tìm thấy ở phía đông dãy Andes được báo cáo, điều này khiến ý niệm hai loài bị cách li về mặt địa lý bị đặt dấu chấm hỏi.[55] Sự trao đổi hệ sinh thái giữa hai lục địa châu Mỹ dẫn đến một sự pha trộn của các loài bản địa và xâm lấn cùng chia sẻ thảo nguyên và rừng ở Nam Mỹ; Động vật ăn cỏ Bắc Mỹ bao gồm proboscideans, ngựa, lạc đà và hươu, động vật ăn cỏ Nam Mỹ bao gồm toxodonts, litopterns, lười và glyptodonts. Những kẻ săn mồi bản địa (bao gồm cả thylacosmilids răng kiếm) đã bị tuyệt chủng vào thế Thượng Tân và bị thay thế bởi các loài thú ăn thịt ở Bắc Mỹ như chó, gấu và mèo lớn.[24]

S. populator đã rất thành công, trong khi Homotherium không trở nên phổ biến ở Nam Mỹ. Sự tuyệt chủng của thylacosmilids được cho là do cạnh tranh với Smilodon, nhưng điều này có lẽ không chính xác, vì dường như chúng đã biến mất trước sự xuất hiện của những con mèo lớn. Chim khủng bố có thể đã thống trị hốc săn mồi lớn ở Nam Mỹ cho đến khi Smilodon tới đây.[24] S. populator có thể đã đạt được kích thước lớn hơn S. fatalis do thiếu sự cạnh tranh ở Nam Mỹ; S. populator đã đến sau sự tuyệt chủng của Arctotherium angustidens, một trong những loài ăn thịt lớn nhất từ ​​trước đến nay, và do đó đã đảm nhận vị trí của loài thú ăn thịt lớn.[53] S. populator ưa thích con mồi lớn từ môi trường sống mở như đồng cỏ và đồng bằng, dựa trên bằng chứng thu thập được từ các tỷ lệ đồng vị xác định chế độ ăn của động vật. Theo cách này, loài Smilodon Nam Mỹ có hành vi giống với sư tử hiện đại. S. populator có thể đã cạnh tranh với loài Protocyon ở đó, nhưng không đấu với loài báo đốm, loài ăn chủ yếu các con mồi nhỏ hơn.[56][57]