Возможно, охотился из засады, возможно, ел падаль, но имел огромные режущие коренные зубы, большие, зубчатые, собачьего типа, верхние резцы, горизонтально ориентированные нижние резцы (замена клыков современных Carnivora) и огромный коготь большого пальца, который мог использоваться, чтобы потрошить жертву. Thylacoleo carnifex имел широкий, тяжелый, короткомордый череп. Пропорции конечностей говорят о том, что этот сумчатый лев был адаптирован к бегу, но не быстрому. Пропорции передних конечностей аналогичны конечностям некоторых древесных или прыгающих животных. Когтистые лапы, возможно, использовались, чтобы протягивать руку и подносить еду ко рту. Псевдо противопоставленные большие пальцы позволяют предположить, что Thylacoleo, возможно, был, по крайней мере, частично адаптированным для лазания.
Thylacoleo также обладали рядом других приспособлений, которые могли бы помочь в охоте. Хвостовые позвонки хвоста имели хорошо развитые места для прикрепления сильных мышц, которые в сочетании с общей надежностью строения хвоста, позволяли бы использовать его в качестве поддержки. Других австралийских сумчатых, таких как кенгуру, можно наблюдать балансирующими на хвостах, когда они пинают других кенгуру во время боя. Thylacoleo, возможно, был не в состоянии поддерживать весь свой вес на хвосте, но хвост все равно бы обеспечил эффективную поддержку, которая помогала бы предотвратить падение Thylacoleoво время борьбы с добычей. Хвост также можно было бы использовать в качестве поддержки во время внутривидовой борьбы между двумя особями.
Считается, что с помощью этих приспособлений Thylacoleo охотился на других крупных сумчатых, таких как Palorchestes и Procoptodon. Все эти сильные стороны были необходимы животному, чтобы выжить в условиях конкуренции с другими хищниками, такими как наземный крокодил Quinkana и варан Varanus priscus.
Образцы из западной Австралии и Тасмании меньше, чем из восточной Австралии. О половом диморфизме не сообщается. Вес Thylacoleo, по оценкам, составлял от 90-160 килограммов. Он был длиной 1,5 м (длина головы и тела) и 75 см высотой в холке. Австралийские археологи нашли следы вымершего вида льва в пещере Маргарет Ривер.