לכל יבשת מאפיינים משלהם של עולם החי. זה נכון במיוחד לגבי מערכות אקולוגיות סגורות כמו אוסטרליה. חקר עולם החי של המדינה הזו פתח אופקים חדשים לזואולוגים. הם הצליחו ללמוד הרבה על ההיסטוריה של התפתחות בעלי החיים על פני כדור הארץ.
חלק משמעותי מהמינים החיים באוסטרליה הם אנדמיים, כלומר בטבע ניתן למצוא אותם רק ביבשת זו. זאת בשל הבידוד הגיאוגרפי של אוסטרליה והעובדה שיבשת זו התגלתה ונחקרה על ידי האירופאים מאוחר יחסית.
יותר משלוש מאות מינים של יונקים חיים ביבשת. משפחות של חיות הכיס תופסות מקום משמעותי ביניהן: קנגורו, זאבי כיס, עכברים, דובים, נמלים ואפילו שומות. ביבשות אחרות, סוגים אלה של בעלי חיים כמעט ולא שרדו, והוחלפו על ידי מינים מותאמים יותר. גם באוסטרליה חיים היונקים הקדומים ביותר - השחלה, למשל, הפלטיפוס. קיומם מוכיח את הקשרים האבולוציוניים של בעלי חיים עם ציפורים וזוחלים והוא מהווה קשר בין מינים שנעדרים בחי החיים באירופה, אסיה ואמריקה.
גם עולם הציפורים של אוסטרליה מגוון. שטחה והאיים הסמוכים השייכים לניו זילנד מאוכלסים על ידי קיווי, אמואים וסוגים שונים של תוכים.
בקרב זוחלי האזור יש לציין תנינים. הם נפוצים באזורים ביצות ובעמקי נהרות, אך בחלק המרכזי של המדינה, שם ישנם מדבריות, הם נעדרים כמעט.
עיקר הדגים האוסטרלים הם ימיים, יש מעט מיני מים מתוקים. כרישים חיים גם במימי החוף.
חיות הבר הייחודיות באוסטרליה היו בסכנה לא אחת. לכן הונהגו מגבלות קפדניות על יבוא של צמחים ובעלי חיים ליבשת. כמו כן, מתפתחת במדינה מערכת של פארקים לאומיים, בה בעלי חיים יכולים לחיות בטבע ותחת הגנת המדינה. הפארק המפורסם ביותר הוא Uluru-Katayuta, ליד העיר דרווין. יש גישה פתוחה לתיירים שיכולים להתבונן בחייהם של חיות בר בסביבתם הטבעית.
