Den nordirländska irländaren kantade framför den walesiska rivalen Chaz Davies på den sista av de 22 varven för att klibba hans tredje på varandra följande seger i Australien.
Reas brittiske och Kawasakis lagkamrat, engelsmannen Tom Sykes, var trea.
"Det var lite som ett cykellopp och ingen ville sätta näsan framför," Rea, 30, sade.
Mästarens seger - hans 39:e i WSB - avslutade Davies sex-race vinnande strimma från 2016.
Rea är en av fyra ryttare att klinka back-to-back Superbike titlar men syftar till att bli den första att vinna tre i rad.
Han ligger fortfarande två titlar bakom Carl Fogartys rekord om fyra mästerskapsframgångar.
Toomebridge man Eugene Laverty, som är tillbaka i serien efter två kampanjer i MotoGP paddock, slutade åttonde på sin Milwaukee Aprilia.
Det blir ett andra Superbike-lopp på Phillip Island på söndag.
Försvarar världsmästare Jonathan Rea har vunnit öppningsracet av 2017 Superbike World Championship på Phillip Island.