Le panda géant est habituellement représenté mangeant paisiblement du bambou plutôt que chassant, ce qui ajoute à son image de l'innocence. En effet, bien que classé parmi lescarnivores cet animal se nourrit principalement de végétaux. Même s'il a été rapporté qu'il mange à l'occasion des œufs et des insectes, son régime alimentaire est constitué à 99 % de végétaux (quasi uniquement de bambous : jusqu'à 20 kg par jour), mais peut inclure ponctuellement d'autres végétaux, voire un peu de viande (par exemple des carcasses abandonnées). Son origine de carnivore explique d'ailleurs qu'il dispose d'un système digestif capable de digérer de la viande Son microbiote serait plus proche de celui de ses homologues carnivores ou omnivores que des herbivores. Il possède peu de bactéries que l'on retrouve chez les herbivores tels que les ruminants qui décomposent la cellulose, composant principal du bambou.

Son faux pouce lui permet de cueillir et de tenir les tiges de bambou. Il passe près de 14 heures par jour à les mastiquer en raison de sa faible capacité à assimiler la cellulose(privé de cæcum, comme n'importe quel ursidé, il ne peut en digérer que 17 %). Les pousses sont avalées tout entières, mais il ne garde que le cœur et rejette l'écorce. Le transit intestinal dure environ huit heures. Beaucoup de forêts de bambous chinoises sont aujourd'hui exploitées par l'homme ou ont été défrichées pour devenir des terres cultivables. C'est une des raisons de la forte régression de l'espèce, qui ne dispose plus de son aliment de base.

Le génome du panda a été séquencé par une équipe chinoise en 2010 : ses 21 000 gènes contiennent notamment tous ceux codant pour les enzymes caractéristiques d'un régime carnivore (typique des ursidés) mais celui qui code pour le récepteur de la saveur de l'umami est muté, ce qui pourrait rendre inactif ce récepteur sensible à la saveur des viandes, et ainsi expliquer en partie pourquoi le panda a un régime alimentaire essentiellement végétarien, alors qu'il est, du point de vue phylogénétique, un carnivore