Le pelage du puma est uniforme (concolor signifie « d'une seule couleur »), même si l'on devine parfois des rayures sur ses membres antérieurs. Sa couleur reste dans les tons fauves et varie du brun roux dans les régions tropicales au gris jaune dans les régions arides. Le dessous du corps est plus clair, allant de la couleur crème au blanc.
La longueur des poils dépend du milieu naturel dans lequel l'animal vit : ils sont rudes et courts dans les régions chaudes et longs en régions froides. Les cas d'albinisme sont rares mais les cas de mélanisme sont fréquent.
En moyenne, le mâle mesure entre 1 mètre et 2,30 mètres de longueur, le record étant de 2,90 mètres, queue comprise. Celle-ci représente un tiers de la taille de l'animal. La masse du puma est comprise entre 25 et 100 kg ; le plus gros individu connu faisait 120 kg. Sa taille varie de 60 à 76 cm à hauteur à l'épaule. La femelle est plus petite (de 0,95 m à 2,10 m) et moins grosse (environ 35 à 48 kg). En outre, les espèces de pumas se différencient par leur taille : les plus grands spécimens vivent dans les montagnes Rocheuses et en Patagonie tandis que les plus petits évoluent dans les régions proches de l'équateur. La taille augmente au fur et à mesure que l'on s'éloigne de cette ligne.
La silhouette du puma est fine et musclée et son postérieur est plus haut que sa tête ce qui lui permet de sauter facilement. Sa longue queue (entre 53 et 81 cm), plus foncée à son extrémité, est l'une des caractéristiques du puma. Enfin, il possède des griffes longues, pointues et rétractiles et quatre doigts. Ses pattes arrières sont plus larges et puissantes que celles de devant, ce qui lui permet de bondir efficacement et d'avancer aisément dans la neige ou sur un terrain escarpé.
Le puma possède une petite tête de forme arrondie munie d'oreilles courtes et écartées qui lui donnent une acuité auditive exceptionnelle. La puissance de ses mâchoires est plus grande que celle de n'importe quel chien. La fourrure du menton est blanchâtre comme celle du museau. La truffe est rose et son odorat est très développé. La couleur des yeux varie du vert au jaune ambré et son champ de vision est très large. Le puma est capable de bien voir dans l'obscurité.
Le puma peut se reproduire à partir de trois ans. Après une gestation d’environ trois mois, la femelle met au monde trois petits en moyenne. À la naissance, les jeunes sont aveugles et ne mesurent que 30 cm. Leur fourrure est tachetée ; ces tâches disparaissent au bout de six mois. Le puma est un animal solitaire. Les mâles et les femelles ne se rencontrent qu'en période d'accouplement (environ deux semaines). La durée de la gestation est d'environ 90 jours. Les naissances ont lieu surtout à la saison chaude. Une portée, qui peut aller jusqu'à six petits, en compte généralement deux à trois, qui restent avec leur mère jusqu'à leur deuxième année. La gestation dure entre 88 et 96 jours. La femelle met bas dans une tanière (fourré, caverne, cavité, etc.) tous les deux ans en moyenne.
À la naissance, les pumas pèsent de 600 à 800 grammes et ont un pelage brun jaunâtre avec des points noirs ou marron qui disparaissent vers l'âge de 16 mois. Les chatons ouvrent les yeux à dix jours et mangent de la viande à six semaines, mais l'allaitement dure plus de trois mois. À un mois et demi, leur poids avoisinera cinq kilogrammes. Il arrive qu'un mâle attaque et tue les chatons. Les femelles peuvent également mourir en tentant de protéger leur progéniture. Dans son environnement naturel, un puma vit environ huit à dix ans; en captivité, sa longévité peut dépasser 25 ans. Il atteint sa maturité sexuelle dès l'âge de deux ans
Le Puma peut courir très vite, jusqu'à 72 km/h, mais seulement sur de courtes distances. En outre, il peut franchir jusqu'à 12 mètres en longueur, d'un bond à partir d'une position fixe. Enfin, il est capable de faire des bonds atteignant 4 à 5 mètres de haut, sans élan.
Il se déplace en silence. C'est un animal qui nage bien mais il ne le fait qu'en cas de menace. Pour les besoins de la chasse ou en cas de menace, il est capable de grimper aux arbres et de faire preuve d'une grande agilité. Le Puma a peu de prédateurs mais en Amérique centrale et Amérique du Sud, il peut être attaqué par le Jaguar et l'Anaconda. En Amérique du Nord, il peut se trouver confronté à un Grizzly ou à une meute de loups.
Les cris du Puma diffèrent selon les circonstances : très aigus ou ressembler à un sifflement en période de rut ; ils peuvent faire aussi penser à un fort ronronnement. Pendant la saison de l'accouplement, les pumas émettent des sortes de miaulements (ou feulements) puissants. Le puma ne rugit pas en raison de l'ossification totale de son appareil hyoïde. Il émet un gémissement aigu pour menacer les intrus osant s'aventurer sur son territoire.
Les pumas sont carnivores (voir tableau ci-contre), ils attaquent en général les grands mammifères comme les cerfs ou les élans mais aussi des animaux plus petits si nécessaire, jusqu'à pêcher ou de se nourrir d'insectes ou de lézards. En moyenne, un puma d'Amérique du Nord consomme un cerf tous les sept à dix jours, parfois plus pour une femelle avec des petits. En Amérique latine, les pumas subissent la concurrence des jaguars qui ne leur laissent que des proies de taille moyenne. Enfin, le puma peut tuer des animaux d'élevage (chevaux, moutons, vaches, chèvres, etc).
Les pumas chassent seuls, à l'aube ou au crépuscule, le jour en montagne. Ils traquent leur proie et l'approchent par derrière. Les pumas peuvent fondre sur un animal du haut d'une branche : c'est la chasse à l'affût. Ils tuent leur proie en mordant la base du crâne, brisant le cou de leur victime. Ils peuvent ainsi s'attaquer à des animaux beaucoup plus gros qu'eux. Ils enterrent ensuite la carcasse ou la recouvrent partiellement afin de la protéger quelques jours des charognards avant de revenir pour s'en nourrir.
Comme tous les prédateurs, ils changent de proies selon l'abondance de ces dernières. Ainsi sur une zone où l'on avait réintroduit une espèce de mouflon dit mouflon canadien (Ovis canadensis), on a constaté que les pumas ont augmenté leur prédation sur cette espèce alors que les population de cervidés (leur nourriture préférée) avait diminué.