Ada ribuan spesies endemik Australia (tidak ditemukan di tempat lain). Hal ini dapat dikaitkan dengan isolasi geografis benua — itu adalah benua yang paling terisolasi, dan hanya ditemukan oleh non-pribumi pada tahun 1606. Sampai pembangunan Terusan Suez, Australia adalah satu-satunya benua yang tidak dihubungkan oleh daratan ke benua lain. Australia telah terisolasi dari benua lain sejak terpisah dari Antartika sekitar 40 juta tahun yang lalu.
Spesies endemik Australia yang paling terkenal adalah fauna berkantung. Marsupial adalah mamalia dengan garis keturunan dan perbedaan anatomi yang berbeda dari mamalia berplasenta, antara lain suhu tubuh yang lebih rendah, kelahiran dini, kekurangan plasenta, dan organ seksual yang berbeda. Mereka termasuk herbivora, seperti koala, wombat, kanguru tikus, walabi, dan kanguru terkenal, bandicoot omnivora, Sugar Glider, mol berkantung, dan berbagai macam walabi, quoll karnivora, Kowari, numbat, mulgara, antechinus, dan banyak lainnya. Secara keseluruhan, 224 spesies marsupial adalah endemik Australia. Marsupial telah sepenuhnya menggantikan plasenta di Australia.
Spesies lain yang endemik di Australia adalah monotremata, mamalia yang tidak biasa dalam kategorinya sendiri. Mereka memiliki metabolisme yang bahkan lebih lambat daripada marsupial, meskipun mereka memiliki semua ciri mamalia standar seperti rambut dan kemampuan untuk memerah susu anak-anak mereka. Monotremata mencakup empat spesies echnidna dan platipus, yang dianggap sebagai salah satu anggota kerajaan hewan yang paling tidak biasa. Platipus digambarkan sebagai paruh bebek, berekor berang-berang, dan berkaki berang-berang. Ia memiliki taji berbisa di kaki belakangnya, dan bertelur, satu-satunya mamalia yang melakukannya. Monotremata kurang dipahami selama bertahun-tahun, dianggap mamalia “lebih primitif”. Mereka berpisah secara evolusioner dari mamalia lain sekitar 150 juta tahun yang lalu, sepanjang perjalanan kembali ke Zaman Dinosaurus.
Ada banyak spesies lain yang endemik di Australia, meskipun marsupial dan monotremata adalah yang paling terkenal. Di Australia, sekitar 83% mamalia adalah endemik, 89% reptil, 90% ikan dan serangga, dan 93% amfibi. Emu yang terkenal, burung yang tidak bisa terbang yang berhubungan dengan burung unta, membuat rumahnya di sana, dan ditemukan di lambang Australia. Spesies burung beo endemik sangat banyak di benua itu. Buaya Air Asin, yang terbesar dari semua spesies buaya hidup, ditemukan di Australia Utara, tetapi juga dapat ditemukan di Asia Tenggara. Buaya Air Tawar, spesies yang jauh lebih kecil, endemik di Australia Utara.