A piometra é uma infecção aguda ou crônica do útero que ocorre frequentemente em cadelas não castradas, podendo também ocorrer em gatas domésticas e selvagens, sendo poucos os estudos relacionados à piometra em grandes felídeos. O objetivo deste relato foi descrever um caso de piometra em uma leoa (Panthera leo) de cativeiro, as lesões de necropsia e histológicas, bem como os resultados da análise microbiológica. Uma leoa com aproximadamente 23 anos, pertencente a um criadouro conservacionista de Santa Maria-RS, foi encontrada morta pela manhã em seu recinto. Após coleta de dados, procedeu-se à necropsia e à coleta de material para análise histopatológica e bacteriológica. A análise microbiológica revelou predomínio das bactérias Streptococcus sp. e Escherichia coli no conteúdo purulento do útero, caracterizando como piometra, e a bactéria predominante em plasma, fígado e medula óssea foi E. coli. De acordo com o laudo histopatológico, as alterações observadas nessa leoa sugerem um quadro de septicemia grave, sendo a origem do foco infeccioso bacteriano, provavelmente, a piometra. Considera-se importante chamar a atenção dos médicos veterinários de animais selvagens para um diagnóstico precoce dessa doença, que é comum em cadelas, mas que pode acometer também felídeos selvagens e levá-los à morte.