Existen dos subespecies de panda gigante:
Ailuropoda melanoleuca melanoleuca - a la que pertenece la mayor parte de la población de pandas; se encuentra en las regiones montañosas de Sichuan.
Ailuropoda melanoleuca qinlingensis - vive en las montañas Qinling en Shaanxi a 1.300–3.000 msnm. Se distinguen de la variedad de Sichuan por tener una coloración distinta (marrón claro y oscuro) y una cabeza más pequeña con molares más largos.
El primer registro evolutivo del panda data de entre el final del Plioceno y el comienzo del Pleistoceno. Algunos restos fósiles fueron encontrados en Birmania, Vietnam y en la porción oriental de China, llegando hasta Pekín al norte. Hoy en día las poblaciones de pandas se encuentran solamente en el sudoeste de China.
El panda habita en las sierras de Minshan, Qinling, Qionglai, Liangshan, Daxiangling y Xiaoxiangling. Son montañas cubiertas por floresta húmeda de coníferas, hábitat ideal para la especie de bambú (la caña que constituye su principal alimento). Son considerados uno de los más ricos ecosistemas de clima templado del planeta. Las alturas en las que se ubican los territorios en la que habitan los pandas van de los 1200 a los 3400 msnm.
Exteriormente, el panda se asemeja a un oso de coloración contrastante. El panda de Sichuan presenta el reconocido pelaje negro y blanco, mientras la subespecie de Qingling tiene un pelaje de dos tonos contrastantes de marrón.
Las orejas, nariz, los pelos alrededor de los ojos, los hombros y los miembros son oscuros. La cara, vientre y el lomo son blancos. Las orejas son ovales y erectas. La pata del panda, con cinco dedos, presenta un "sexto dedo" a manera de un pulgar. Se trata de la modificación de un hueso sesamoide de la muñeca. Sus patas delanteras son fuertes y aptas para escalar y más largas y musculosas que las traseras. Sus ojos son pequeños, y mientras las pupilas de los demás osos son redondas, las del panda son como las de los gatos, lo que les da el nombre en chino de oso-gato.