自從1869年首次被科學發現以來,大熊貓在動物界中的分類就一直是爭議不斷的問題。以發現者阿爾芒·戴維(ArmandDavid)為首的一批科學家認為大熊貓是一種熊,還有一部分學者認為大熊貓和小熊貓是一類。

 大熊貓走路時5個腳趾全部著地,會留下有5個腳趾的足跡。這點和所有的熊科動物一樣。貓科動物的前足雖然也有5個腳趾,但前爪內側的拇指不著地,所以無論前后足的足跡都只有4個趾印。大熊貓的尾巴長度為8—16厘米,其他熊科動物的尾巴平均長度也都不到20厘米。而貓科動物全都是食肉動物,為了在追蹤獵物時維持身體平衡,它們的尾巴普遍較長,都超過20厘米。從食性上說,大熊貓很少吃肉,其他熊科動物也只有北極熊是以肉為主。從四肢的靈活度上說,大熊貓的鎖骨和所有熊科動物一樣靈活。

 不過,大熊貓也有些不同于其他熊科動物的特征,例如手足腕部兩側都有一塊延長的骨頭、不冬眠等。這些特征都顯示大熊貓和熊有關,但關系似乎又不是很緊密。

 隨著分子學技術的發展,生物學家開始嘗試從親緣關系的角度研究動物。研究人員通過基因組測序和脫氧核糖核酸研究,發現包括大熊貓在內的所有熊科動物都有一個名叫“祖熊”的共同祖先,大熊貓在熊科中獨立成為一個亞科。