Homotherium ist seit dem frühesten Pliozän vor rund 5 Millionen Jahren in Afrika nachgewiesen und dürfte sich aus Machairodus entwickelt haben. Bis ins Pleistozän bewohnte es neben dem afrikanischen Kontinent auch Eurasien und Nordamerika. Die letzten Funde aus Afrika sind 1,5 Millionen Jahre alt. Bisher nahm man allgemein an Homotherium sei in Europa bereits im Mittelpleistozän vor spätestens 300.000-500.000 Jahren ausgestorben. Im Jahr 2000 wurde ein Unterkieferfragment aus der Nordsee geborgen, das auf nur etwa 28.000 Jahre datiert wird, und somit den mit Abstand jüngsten Fund einer Säbelzahnkatze auf diesem Kontinent darstellt. Der Fund spricht dafür, dass diese Säbelzahnkatze in Europa Zeitgenosse des modernen Menschen war. In Nordamerika überlebte Homotherium sogar bis vor rund 10.000 Jahren. Aus Eurasien wurde eine Reihe von verschiedenen Arten (nestianus, sainzelli, creantidens, nihowanensis, ultimum) beschreiben, die sich vor allem in der Körpergröße und der Form der Eckzähne unterschieden. Betrachtet man jedoch die innerartliche Schwankungsbreite der Körpergröße heutiger Großkatzen, ist es nicht unwahrscheinlich, dass alle sich auf eine einzige Art Homotherium latidens zurückführen lassen. Aus dem frühen Pleistozän Afrikas wurden Homotherium ethiopicum und Homotherium hadarensis beschrieben, die sich aber auch nur wenig von den eurasischen Formen unterscheiden. In Nordamerika lebte vom obersten Pliozän bis zum oberen Pleistozän eine sehr ähnliche Art Homotherium serum. Ihre Überreste wurden an zahlreichen Stellen zwischen Alaska und Texas gefunden. Das amerikanische Homotherium kam im südlichen Nordamerika wohl neben Smilodon vor. Im Norden des Kontinents war sie dagegen die einzige Säbelzahnkatze. Früher wurde die amerikanische Art oft als Dinobastis bezeichnet. Homotherium dürfte sich im Pliozän aus Machairodus entwickelt haben.

Obwohl Homotherium weit verbreitet war und ihre Überreste relativ häufig gefunden werden, sind vollständige Sklettfunde selten. In Europa wurde ein gut erhaltenes Exemplar in Seneze in der französischen Auvergne gefunden. Gleich mehrere Schädel fand man bei einer spanischen Fundstelle in Incarcal. Ein besonders bekannter Fundort von Homotherium ist die Friesenhahn-Höhle im heutigen Texas. Hier wurden neben den Überresten von hunderten junger Mammuts die Skelette von 30 Homotherium und etliche Exemplaren des pleistozänen Wolfes Canis dirus gefunden.

Besonders die Funde aus der Friesenhahn-Höhle lassen Rückschlüsse auf die Lebensweise und insbesondere auf die Ernährungsgewohnheiten dieser Tiere zu. Neben etlichen Skeletten von jungen und erwachsenen Homotherium wurden in dieser Höhle die Reste von über 200 jungen Präriemammuts (Mammuthus columbii) gefunden. Diese waren fast alle ungefähr 2 Jahre alt, was genau dem Alter entspricht, in dem sich junge Elefanten gelegentlich von ihren Müttern entfernen und erste Erkundungen abseits der Herde wagen. In einigen Gebieten Afrikas fallen auch junge Afrikanische Elefanten in diesem Alter nicht selten Löwen zum Opfer, was einen gewissen Vergleich bezüglich der Ernährungs-und Jagdweise von Homotherium und einigen Löwenpopulationen ermöglicht. Das legt nahe, dass die Säbelzahnkatzen sie abseits der Herde überraschten und ihnen mit ihren langen Eckzähnen schnell die tödliche Wunde beibrachten. Später werden sie ihre Opfer dann zur Versorgung ihrer Jungen in die Höhle geschleift haben. Da außer den Mammuts nur sehr wenige andere Beutetiere dort gefunden wurden, kann man im Grunde ausschließen, dass sich die Tiere ausschließlich von verendeten Tieren ernährt haben. Eine derartige Spezialisierung der Beute in Arten- und Altersstruktur ist nicht mit einem Aasfressertum zu vereinbaren. Aus diesem Grund kann man auch ausschließen, dass Canis dirus die Mammuts in die Höhle geschleift hat. Homotherium scheint auf recht große Beutetiere als Nahrung spezialisiert gewesen zu sein. Somit könnte sein Aussterben mit dem gleichzeitigen Verschwinden der Rüsseltiere aus der nördlichen Hemisphäre zusammenhängen.

Aufgrund der vermuteten großen Beutetiere und der Tatsache, das Homotherium auch im Vergleich mit heutigen Löwen relativ schlank gebaut war, nimmt man an, dass diese Katzen im Rudelverband agierten. Die nach hinten abfallende Rückenlinie, der schlanke Bau der Gliedmaßen, sowie die schwachen Krallen deuten darauf hin, dass Homotherium ein ausdauernder Läufer war und offene Lebensräume, wie Steppen, bevorzugte.