Kloakkdyrene, som bare finnes i denne regionen, er representert ved to arter: nebbdyr og maurpinnsvin. De legger egg og regnes som de mest primitive av pattedyrene.
Pungdyrene, som ellers bare finnes i Amerika, er de dominerende pattedyrene i Australia. De utgjør omkring 160 arter fordelt på en rekke familier, blant annet rovpungdyr, punggrevlinger og pungharer, kuskuser og pungrever, flygepungekorn, kenguruer, koala og vombater. Mange pungdyr er små og nattaktive, men noen av kenguruene, for eksempel den røde og den grå kjempekenguruen, er kontinentets største og mest iøynefallende landpattedyrarter.
De mer avanserte placentale pattedyrene, som dominerer pattedyrfaunaen i alle andre verdensdeler, er i Australia bare representert ved gnagere med 69 arter, flaggermus med tolv arter stor- og 64 arter småflaggermus, seler med ti arter i sør, sjøkuen dugong i nord og hvaler, der 44 av verdens vel 80 arter er registrert i australske farvann. Dingoen er en villhund som sannsynligvis kom til Australia sammen med urinnvånerne.
Europeerne innførte blant annet kanin og rev, til stor skade for henholdsvis jordbruksnæringen og de ofte forsvarsløse pungdyrene. I senere år har myndighetene fått en viss kontroll med den voksende kaninbestanden gjennom inngjerding, feller, giftig åte og særlig virussykdommen myxomatose.