באוסטרליה יש יונקי שליה מקומיים משתי סדרות: העטלפים ("Chiroptera"), המיוצגים על ידי 6 משפחות וסדרת המכרסמים הכוללת את משפחת העכבריים. העטלפים והמכרסמים הופיעו יחסית לאחרונה באוסטרליה. העטלפים הגיעו לאוסטרליה כנראה מאסיה ונראו בממצאי מאובנים מלפני 15 מיליון שנה. אף על פי שכ-7% ממיני העטלפים בתבל חיים באוסטרליה ישנם רק 2 סוגים אנדמיים של עטלפים. המכרסמים הופיעו לראשונה באוסטרליה לפני 5-10 מיליון שנה ועברו הסתגלות רבה לבית הגידול החדש כדי ליצור את המינים שידועים בצוותא כמכרסמים "אנדמיים ישנים". האנדמים הישנים מיוצגים על ידי 14 סוגים קיימים. לפני כמיליון שנה החולדה ("Rattus") נכנסה לאוסטרליה מגינאה החדשה והתפתחה ל-7 מינים, הקרויים בצוותא "אנדמיים חדשים".
ארבעים ושישה יונקים ימיים מסדרת הלווייתנאים נמצאים במים שליד חופי אוסטרליה, אך מאחר שלרבים ממינים אלו יש תפוצה עולמית, יש שלא מתייחסים אליהם כמינים אוסטרליים. ישנם 9 מינים של לווייתני מזיפות, ביניהם הלווייתן גדול הסנפיר. יש 37 מינים של לווייתני שיניים שכוללים את כל ששת הסוגים במשפחת הזיפיוסיים, ו-21 מינים ממשפחת הדולפיניים כמו המינים: דולפינן אוסטרלי, דולפינן אנקולי, דולפין סלוד-סנפיר אוסטרלי, סוסא אוסטרלי ודולפין לווייתני דרומי. כמה דולפיניים, כמו למשל האורקה, יכולים להימצא בכל המים שסביב היבשת; אחרים, כמו למשל המין דולפין איראוואדי, תחומים למים הצפוניים החמים יותר. תחש המשכן הוא מין בסכנת הכחדה המצוי במים הצפון מזרחיים והצפון מערביים של אוסטרליה, ובמיוחד במצרי טורס. הוא יכול לגדול לאורך של עד 3 מטרים ולשקול עד 400 ק"ג. תחש המשכן הוא היונק הימי היחידי שניזון מעשב באוסטרליה. הרס אזורים של צמחי ים מאיים על הישרדותו של המין.
עשרה מינים מתת-הסדרה טורפים ימיים, חיים אל מול החוף הדרומי. בולטים מביניהם המינים אריה ים אוסטרלי, דוב ים ניו זילנדי, דוב ים איוני ופיל ים דרומי. לעיתים גם מינים החיים ביבשת אנטארקטיקה מגיעים בחורף הקר צפונה עד אוסטרליה.
מינים פולשים.
מאז התיישבות האדם באוסטרליה הובאו על ידי האדם לאוסטרליה מינים רבים של יונקי שליה ואלו התפראו ביבשת. הראשון היה הדינגו: ממצאי מאובנים מצביעים על כך שאנשים מהצפון הביאו את הדינגו לאוסטרליה לפני כ-5,000 שנה. כאשר האירופאים יישבו את אוסטרליה הם שחררו בכוונת תחילה מינים רבים לבר, ביניהם שועל מצוי, ארנבת מצויה וארנבון מצוי. מינים מבויתים אחרים ברחו משבי האדם ובמהלך הזמן יצרו אוכלוסיות בר כגון חתול, יחמור, אייל אדמוני, אייל סמבר, אייל טימור, אייל צ'יטאל, אייל חזירוני, סוס הבית, חמור, חזיר, עז הבית, תאו המים ההודי, אנטילופה הודית, וגמל חד דבשתי. רק 3 מינים של יונקי שליה לא הובאו בכוונה: העכבר המצוי, החולדה המצויה וחולדת החוף.
השפעתם של המינים הפולשים על עולם החי המקומי מגוונת ורבה.
הכלבים הראשונים שהובאו לאוסטרליה על ידי בני האדם גרמו לנזק רב, מאחר שלא היה במערכת האקולוגית אף טורף יבשתי בעל מאפיינים דומים, ומצד שני לא היה אף טורף מקומי שהיווה סכנה ממשית לכלבים. כתוצאה מכך, גרמו הכלבים הפולשים נזק רב לאוכלוסיות בעלי חיים מקומיות, שחלקן הגיעו אל סף הכחדה.
הארנבונים הובאו באופן יזום לאוסטרליה על ידי מתיישבים בריטים במאה ה-18. הבריטים, שרצו בעל חיים מוכר שיוכלו לצוד לשם ספורט, שחררו את הארנבונים לטבע, ובעקבות תכונת הרבייה המהירה שלהם, התרבו במהירות והתפשטו ברחבי היבשת, כאשר אוכלוסייתם הגדלה משנה את המאזן האקולוגי במקומות רבים בהם התפשטו. ממשלת אוסטרליה מנסה להתמודד עם פלישתם של הארנבונים על ידי מהלכים שונים, ביניהם הקמת גדר הארנבים האוסטרלית.
חתולי הפרא שהתפשטו ביבשת, גם בעקבות מסעותיהם של האירופאים, הגיעו עד לתחילת המאה ה-21 ל-99.8% מהשטחים באוסטרליה וגרמו לפגיעה רבה בחי המקומי, לרבות הכחדתם של 20 מיני יונקים. תופעה זו הובילה בשנת 2019 את ממשלת אוסטרליה לקבלת החלטה להרג המוני של חתולי פרא, בניסיון לשקם את עולם החי המקומי.
הרשויות באוסטרליה הבינו בהדרגה את גודל ההשפעה שיש למינים פולשים על המערכת האקולוגית העדינה שבאי, ולכן כיום מנהלת תקנות מחמירות האוסרות הכנסה של בעלי חיים חיצוניים לאי, ואף אוסרות על הכנסה של כל מה שעלול להכיל גם בעלי חיים קטנים יותר, כמו זרעים, פירות וכדומה.
עופות.
אוסטרליה והטריטוריות שלה הם בית גידול ליותר מ-800 מיני עופות; כ-350 מהם אנדמיים לאזור הזאוגאוגרפי המכסה את אוסטרליה, גינאה החדשה וניו זילנד. ממצאי מאובנים של עופות באוסטרליה הם לא אחידים; עם זאת, ישנן עדויות לאבות הקדמונים של המינים המודרניים החל מתקופת האוליגוקן המאוחרת. עופות עם היסטוריה גונדוונית כוללים את היענאים חסרי כושר התעופה (כדוגמת האמו), משפחת הדגרתיליים, וקבוצה גדולה של תוכים אנדמיים, מסדרת התוכאים. התוכים האוסטרליים מהווים שישית מהתוכים בתבל. הקוקברה הוא סוג של שלדג גדול, הידוע בשל קריאותיו המזכירות צחוק רם ומהדהד של אדם.
בין ציפורי השיר של אוסטרליה נמנים ציפורים מהמשפחות: סבכיי פיות, אדומי-חזה אוסטרליים, ארטמיים, דבשניים, סלילניים, נבליים, עדניים, סוכיים ופרדלוטיים. הסוכי המשונן עורר עניין בקרב פסיכולוגים אבולוציוניים: לציפור זו טקס חיזור מורכב שבו הזכר יוצר מקום המכונה "סוכה" וממולא עם פריטים כחולים וזוהרים, כדי לחזר אחר בנות זוג.
מתיישבים חדשים יחסית מאירואסיה הם סנוניתיים, עפרוניים, קיכליים, תפרים, צופיתיים, וכמה עופות דורסים. כמה מיני עופות הובאו לאוסטרליה על ידי האדם: כמה כמו החוחית והירקון מתקיימים טוב יחד עם המינים האוסטרליים, בעוד שאחרים כדוגמת הזרזיר המצוי, השחרור, דרור הבית והמיינה המצויה, הם הרסניים לכמה מיני ציפורים מקומיות וכך פוגעים ביציבות המערכת האקולוגית הטבעית.
בסביבות 200 מינים של עופות ימיים חיים באזור החוף האוסטרלי, כולל מינים רבים של עופות ימיים נודדים. אוסטרליה היא בסוף הדרומי של מסלול הנדידה המזרח אסייתי-אוסטרלי של עופות מים נודדים, שמשתרע מהמזרח הרחוק של רוסיה ואלסקה דרך דרום מזרח אסיה לאוסטרליה וניו זילנד. כשני מיליון עופות נודדים במסלול זה לאוסטרליה ומאוסטרליה מדי שנה. אחד מעופות המים הגדולים הנפוצים ביותר באוסטרליה הוא השקנאי האוסטרלי שמצוי במרבית נתיבי המים באוסטרליה. הפינגווין הזוטר הוא מין הפינגווין היחיד שגדל ביבשת אוסטרליה.
דו-חיים וזוחלים.
לאוסטרליה ארבע משפחות של צפרדעים מקומיות וקרפדה אחת שהובאה לאוסטרליה מהמין קרפדת קנים. קרפדה זו הובאה לאוסטרליה ב-1935 בניסיון כושל לחיסול מזיקים ביבול קני סוכר. מאז הפכה הקרפדה למזיק הרסני והתפשטה ברחבי צפון אוסטרליה. נוסף להתחרותה באוכלי חרקים מקומיים על מזון, קרפדה זו מייצרת ארס שרעיל לפאונה המקומית ולבני אדם. משפחת המיובטרכיים היא קבוצת הצפרדעים הגדולה ביותר של אוסטרליה, עם כ-120 מינים מ-21 סוגים. מין מפורסם ממשפחה זו הוא הצפרדע הצבעונית מהסוג "Pseudophryne" שנמצאת בסכנת הכחדה. הצפרדעים המשתייכות למשפחת האילניתיים, נפוצות באזורים גשומים בחופים הצפוניים והמזרחיים; יש 77 מינים אוסטרליים משלושה סוגים. 18 מינים משני סוגים של משפחת מיקרוהיליים מוגבלים ליערות הגשם. מין אחד ממשפחת הצפרדעים הדומיננטית בעולם, משפחת הצפרדעים - "Rana daemeli" - נפוץ רק ביערות הגשם בקווינסלנד. כמו במקומות אחרים בעולם, בשנים האחרונות חלה באוסטרליה ירידה תלולה באוכלוסיות הצפרדעים. על אף שהסיבות המלאות לירידה בגודל האוכלוסייה אינן ברורות, הירידה מיוחסת לפחות באופן חלקי למחלת הכיטרידיומיקוסיס שפוגעת בדו-חיים ונגרמת מפטרייה.
באוסטרליה חיים גם תניני ים וגם תניני מים מתוקים. תניני הים הם הגדולים שבתנינים ובזוחלים בכלל; הם מגיעים לאורך של עד 7 מטרים ולמשקל של עד 2 טון, הם יכולים להרוג בני אדם ולעיתים הם אכן עושים זאת. הם חיים בחוף, בנהרות מים מתוקים ובביצות של אוסטרליה הצפונית, ומגודלים עבור עורם ובשרם. תניניי המים המתוקים מצויים רק באוסטרליה הצפונית ואינם נחשבים למסוכנים לבני אדם.
בחוף האוסטרלי מבקרים 6 מינים של צבי ים: צב ים חום, צב ים זיתני, צב ים ירוק, צב ים גלדי, צב ים קרני וצב ים שטוח גב; כולם מינים מוגנים במים האוסטרליים. ישנם 29 מינים של צבי מים מתוקים אוסטרליים מ-8 סוגים של המשפחה נטויי-צוואר. המין צב אף-חזיר הוא המין היחידי במשפחתו. אוסטרליה ואנטארקטיקה הן היבשות היחידות ללא מינים חיים של צבים יבשתיים.
אוסטרליה היא היבשת היחידה שבה נחשים ארסיים עולים במספרם על הנחשים הלא ארסיים. נחשי אוסטרליה משתייכים ל-7 משפחות. בין הנחשים הארסיים ביותר נמנים טאיפן פנים-יבשתי, טאיפן חופים ונחש טיגריסי, המשתייכים למשפחת הפתניים. במשפחה זו שבה כ-200 מינים, 86 מינים מצויים באוסטרליה בלבד. 33 נחשי ים מתת-משפחת פתני הים חיים במים הצפוניים של אוסטרליה; רבים מהם ארסיים מאוד. שני מיני נחשי מים ממשפחת נחשי הנהרות גם כן מצויים במי אוסטרליה. באוסטרליה רק 11 מינים ממשפחת הנחשים החשובה בעולם, הזעמניים; אף אחד מהם אינו אנדמי לאוסטרליה והם נחשבים לבאים חדשים יחסית מאסיה. ישנם 15 מינים ממשפחת הפיתוניים ו-31 מינים של נחשיליים.