Vivant en milieu forestier, ce petit félin se déplace facilement dans les arbres grâce à sa queue touffue, presque aussi longue que son corps et faisant office de balancier, et à ses larges pattes, puissantes et relativement courtes. Il peut grimper dans un arbre à une hauteur de 25 mètres pour se mettre à l’abri. Comme la panthère nébuleuse ou le margay, le chat marbré est capable de supination : ses chevilles flexibles lui permettent de descendre tête en bas le long d’un tronc.

Son habitat naturel étant difficile d’accès, il reste aujourd’hui mal connu. Il n’a été photographié pour la première fois dans la nature qu’en 1994, en Thaïlande. De récentes observations semblent indiquer qu’il s’active souvent de jour (alors qu’on le pensait uniquement nocturne) et qu’il passe plus de temps au sol qu’on ne le croyait.

Les populations de chats marbrés sont en déclin et ont une répartition de plus en plus fragmentée en raison de la rapide déforestation de l’Asie du Sud-Est, où de nombreuses forêts primaires sont remplacées par des plantations de palmiers à huile. De plus, les os et la chair du chat marbré sont investis d’une grande valeur dans certaines régions, occasionnant des prélèvements excessifs, légaux comme illégaux.