Хотя большую часть континента занимают полупустыни и пустыни, в Австралии имеются разнообразные ландшафты от аналогичных альпийским лугам до тропических джунглей. Из-за значительного возраста континента (а также низкого плодородия почв), большого разнообразия погодных условий и длительной географической изоляции, биота Австралии богата и уникальна. Примерно 85 % цветковых растений, 84 % млекопитающих, 45 % птиц, 89 % прибрежных рыб — эндемики. Из примерно 12 тысяч видов около 9 тысяч — эндемики. Многим экологическим регионам Австралии и их флоре и фауне угрожает человеческая деятельность и интродуцированные виды растений и животных.
Основным правовым документом, регулирующим охрану исчезающих видов в Австралии, является «Акт о защите окружающей среды и биологического разнообразия» 1999 года (англ. Environment Protection and Biodiversity Conservation Act 1999). С целью защиты и сохранения уникальной экосистемы Австралии в стране создано большое количество охраняемых территорий: 64 болотистые местности были внесены в Рамсарский список водно-болотистых угодий международного значения, 16 объектов — в список Всемирного наследия. По такому показателю, как индекс экологической устойчивости, Австралия в 2005 году заняла 13 место.
Большая часть австралийских древесных растений являются вечнозелёными, а некоторые из них приспособились к засухам или пожарам, как, например, эвкалипты и акации. На континенте произрастает большое число эндемичных растений семейства Бобовые, которые могут выжить на малоплодородных почвах благодаря микоризе с бактериями рода Rhizobium.
Флора прохладной Тасмании значительно отличается от флоры большой земли. Кроме типичных для Австралии эвкалиптов, на острове произрастает значительное число видов деревьев, родственных новозеландским и южноамериканским, в частности вечнозелёный южный бук (нотофагус).
Наиболее известными представителями австралийской фауны являются однопроходные животные (утконосы и ехидны), разнообразные сумчатые (коалы, кенгуру, вомбаты), и такие птицы как эму, какаду и кукабарра. В Австралии обитает самое большое количество в мире ядовитых змей. Динго были завезены австронезийцами, которые торговали с австралийскими аборигенами с 3000 г. до н. э. Многие растения и животные, включая гигантских сумчатых, вымерли с заселением материка аборигенами; другие (например, тасманский тигр (сумчатый волк)) вымерли с появлением европейцев.
Богаты омывающие Австралию воды и головоногими моллюсками. Среди особо известных видов — синекольчатые осьминоги (несколько видов из рода Hapalochlaena; англ. Blue-ringed octopus), причисляемые к самым ядовитым животным мира,[30] и гигантские австралийские каракатицы, собирающиеся каждую зиму для массовых брачных игр в одной из бухт залива Спенсер.