Nie ma jednej pewnej przyczyny, ale kilka czynników prawdopodobnie przyczyniło się do wymarcia thylacoleo:
Zmiany klimatu: Australia stała się suchsza i chłodniejsza w epoce thylacoleo, co mogło utrudnić znajdowanie pożywienia.
Konkurencja od innych drapieżników: Konkurowało z innymi drapieżnikami plejstocenu.
Polowanie przez ludzi: Ludzie przybyli do Australii ok. 50 tys. lat temu i mogli polować na thylacoleo dla futra lub mięsa.
Choroby: Choroba przyniesiona przez ludzi lub inne zwierzęta mogła je wygubić.
Wymarcie thylacoleo jest przypomnieniem o kruchości ekosystemów – nawet lekkie zmiany środowiska mogą zgładzić gatunek.