Auf dem australischen Kontinent, der seit rund 50 Millionen Jahren durch Ozeane von den anderen Kontinenten getrennt ist, konnte sich eine eigene große Artenvielfalt von Pflanzen und Tieren entwickeln. Zeugnis dieser isolierten Entwicklung sind z. B. die Beutelsäuger (auch Beuteltiere; engl.: marsupials) Australiens, die ansonsten nur noch in Süd- und Nordamerika vertreten sind.
Von den rund 20.000 heimischen Pflanzenarten in Australien sind ca. 85 % ausschließlich auf diesem Kontinent zu finden. Typisch für die australische Vegetation sind die Eukalyptus- und Akazienbäume. Von beiden gibt es über 600 Arten. Der schnellwüchsige und anspruchslose Eukalyptusbaum kommt in den verschiedensten Umgebungen vor, auch im heißen und trockenen Zentralaustralien. Die Größe variiert von Buschhöhe bis zu 90 m. Im Südosten von Australien gibt es ausgedehnte Waldgebiete, die dichteste Vegetation findet sich in den tropischen Regenwäldern von Nordqueensland. Starke Abholzung führt zu einer Gefährdung des Bestandes und bedroht die Artenvielfalt in den Wäldern. In Trockengebieten Westaustraliens kommt der Baobab-Baum vor, der auch Flaschenbaum genannt wird. Dieser Baum kann in seinem Stamm Wasser speichern. Weite Flächen des Landesinneren sind von Grasland geprägt, die bedeutendste Pflanzengesellschaft hier ist das Spinifex-Grasland, das etwa ein Viertel der Landesfläche einnimmt.
Typische Vertreter der australischen Tierwelt sind die Beuteltiere. Bekannte Vertreter sind die Kängurus mit über 40 Arten, der Koala, der Wombat, der Tasmanische Teufel oder Beutelteufel, die Beutelmaus und die Gattung der Kletterbeutler (Possums). Einzigartig auf der ganzen Welt sind Eier legende Säugetiere (Kloakentiere), die nur in Australien und Neuguinea vorkommen. In Australien sind sie vertreten durch das Schnabeltier (engl. Platypus) und den Ameisenigel (engl. Echidna). Vor der Besiedlung Australiens durch den Menschen waren Plazentatiere nur durch Fledermäuse, Flughunde, Robben und Nagetiere vertreten. Durch den Menschen eingeführte Tiere wie Hunde, Katzen, Kaninchen, Kamele, Füchse, Aga-Kröten usw. stellen heute allerdings eine starke Gefährdung für die australische Fauna dar, vor allem für kleinere heimische Säuger, die der Konkurrenz und dem erhöhten Raubdruck nicht gewachsen sind. Nutztiere wie Schafe und Rinder machen den einheimischen Tieren den Lebensraum streitig, da für deren Ernährung besonders in den steppen- und wüstenartigen Gebieten riesige Flächen benötigt werden. Die Vogelwelt Australiens mit den zahlreichen Papageien (Wellensittiche, Lories, Kakadus) und dem australischen Eisvogel (Kookaburra) ist sehr artenreich. Reptilien sind vor allem mit Schlangen, Schildkröten, Krokodilen und Echsen vertreten. Zwei Drittel aller Schlangenarten, die auf dem australischen Kontinent beheimatet sind, sind giftig und 25 Arten für den Menschen gefährlich, beispielsweise die Giftschlangen Taipan und Tigerotter. Des Weiteren sind bei diesem Thema auch noch verschiedene Spinnenarten (Echte Witwen, Atrax robustus), Haie und Würfelquallen zu nennen.
Einen einzigartigen Lebensraum bildet auch das Great Barrier Reef vor der Nordostküste Australiens, das mit einer Länge von 2.012 km das größte Korallenriff der Erde ist. Auch hier besteht die Gefahr einer nachhaltigen Störung des ökologischen Gleichgewichts durch die intensive industrielle Fischerei in den umliegenden Gewässern und den Tourismus.
Australien reagierte auf die Gefährdung von Fauna und Flora schon früh mit dem Einrichten von großflächigen Naturschutzgebieten, die auch Teile des Meeres umfassen. Der schon 1879 gegründete Royal-Nationalpark südlich von Sydney gilt nach dem Yellowstone-Nationalpark als zweitältester Nationalpark der Welt. Rund 12 % der Landesfläche sind zu Schutzzonen erklärt worden. Elf Gebiete gehören dem Weltkulturerbe an. Dazu gehören unter anderem der Uluru–Kata-Tjuta-Nationalpark mit dem Uluru (auch: Ayers Rock), das Great Barrier Reef und die Blue Mountains.