Le chat possède une vue excellente de jour comme de nuit, il est aussi particulièrement sensible aux mouvements des objets. De plus, il gardera la même acuité visuelle presque toute sa vie (dans la nature, un chat aveugle est énormément désavantagé, il ne peut pas survivre longtemps).

Les yeux du chat sont par rapport à la masse de son corps les plus gros de tous les animaux terrestres (4 à 5 cm3), ils sont également de grande taille par rapport à la taille de son crâne.

Les chat bénéficient également d'une vision binoculaire, c'est à dire qu'une partie du champ visuel de chaque œil chevauche l'autre. Ce chevauchement permet de percevoir des images tridimensionnelles (3D). Ce champs binoculaire est très large, il est de 130° alors que pour nous il est de 120° et 83° pour les chiens. Son champ visuel total est lui aussi très important, il est de 285° alors que le nôtre est de 200°, il lui permet de surveiller (sans le relief) tout ce qui se passe sur les côtés. Sa tête très mobile, bouge à toute allure et lui permet de conserver en permanence en regard bien droit.

Le chat différencie mal les couleurs (il perçoit un monde légèrement bleuté), par contre, il possède à l'arrière de ses yeux une couche réfléchissante, une membrane, appelée tapetum lucidum ou tapis clair. Cette couche composée de cellules photosensibles spéciales en grand nombre (les bâtonnets) agit comme un miroir et renvoie la lumière vers les cellules rétiniennes, ce qui permet au chat de jouir de la faculté de voir dans la pénombre presque comme en plein jour.

Le chat possède un atout, comme l'homme, il contracte et dilate ses pupilles (contraction pour une lumière trop vive, dilatation quand la lumière vient à manquer), mais chez le chat cette contraction est si considérable, que la pupille peut devenir toute ronde ou aussi fine qu'un cheveu :

La nuit, le chat est capable de détecter des intensités 6 fois plus faibles que le minimum capté par l'œil humain. Mais, dans le noir absolu, il ne voit rien du tout !
Le jour, la pupille rétractée (ce n'est plus qu'une fente verticale à peine visible) permet au chat de supporter sans dommage 5 fois plus de lumière que nous.

Les chinois ont d'ailleurs tiré parti de cette faculté de l'œil du chat pour déterminer l'heure. En effet la pupille allait en se rétrécissant lorsqu'on avançait vers midi et après midi la dilatation recommençait.