Sư tử là loài động vật sống ở các đồng bằng rộng rãi, và chúng có thể được tìm thấy ở khắp mọi nơi ở châu Phi. Tuy nhiên chúng là loài đang bị đe dọa với quần thể chủ yếu sống chủ yếu ở các vườn quốc gia của Tanzania và Nam Phi. Trước khi loài người chiếm ưu thế thì sư tử là loài động vật chiếm nhiều lãnh thổ nhất hơn bất kỳ loài động vật có vú trên đất liền. Sư tử thích đồng cỏ và thảo nguyên, gần các con sông và rừng cây mở với những bụi cây. Chúng không sống trong rừng nhiệt đới và hiếm khi vào rừng kín. Trên núi Elgon, sư tử đã được ghi nhận lên tới độ cao 3.600 m (11.800 ft) và gần với đường tuyết trên núi Kenya. Sư tử cũng xuất hiện ở đồng cỏ, thảo nguyên với những cây keo rải rác, đóng vai trò là bóng mát cho chúng.

Ở Châu Phi, phạm vi của sư tử ban đầu kéo dài hầu hết khu vực rừng mưa nhiệt đới trung tâm và sa mạc Sahara. Vào những năm 1960, nó đã tuyệt chủng ở Bắc Phi, ngoại trừ ở phía nam Sudan. Hiện nay chúng thường được tìm thấy ở Nam Phi, Zimbabwe, Namibia, Botswana và Mozambique. Chủ yếu chúng sinh sống ở những khu vực miền đất rừng, nhưng có thể sinh sống ở khu vực bán sa mạc hay khu vực đất có nhiều bụi rậm.

Ở lục địa Á-Âu, sư tử từng có thời gian phân bố rộng từ Hy Lạp đến Ấn Độ; Herodotus báo cáo rằng sư tử đã phổ biến ở Hy Lạp vào năm 480 trước Công nguyên; chúng tấn công những con lạc đà chở hàng của vua Ba Tư Xerxes I trên đường hành quân qua đất nước. Aristotles coi chúng là hiếm vào năm 300 trước Công nguyên và đến năm 100 sau Công nguyên, chúng đã bị tuyệt chủng. Cho đến thế kỷ thứ 10, những con sư tử sống sót ở Kavkaz, tiền đồn châu Âu cuối cùng của chúng. Loài này đã bị xóa sổ ở Palestine vào thời Trung cổ, và từ hầu hết các khu vực còn lại của châu Á sau khi xuất hiện các loại súng có sẵn trong thế kỷ 18. Từ cuối thế kỷ 19 đến cuối thế kỷ 20, nó đã tuyệt chủng ở Tây Nam Á. Vào cuối thế kỷ 19, sư tử đã bị tuyệt chủng ở hầu hết miền bắc Ấn Độ và Thổ Nhĩ Kỳ. Con sư tử sống cuối cùng ở Iran được nhìn thấy vào năm 1942, cách Dezful khoảng 65 km (40 dặm) về phía tây bắc. Xác chết của một con sư tử được tìm thấy bên bờ sông Karun, tỉnh Khūzestān, vào năm 1944. Không có báo cáo đáng tin cậy nào sau đó từ Iran.

Những dấu vết cuối cùng của sư tử châu Á (phân loài Panthera leo persica), trong lịch sử chúng đã từng sinh sống từ Hy Lạp tới Ấn Độ ngang qua Persia, hiện đang sống ở rừng Gir phía tây bắc Ấn Độ. Khoảng 300 con sư tử hiện còn sống trong khu vực rộng 1.412 km² (khoảng 550 dặm vuông) trong khu bảo tồn ở bang Gujarat.