Le Sahul est  un vestige du supercontinent Gondwana, qui comprenait autrefois l'Amérique du Sud, l'Afrique, l'Antarctique, l'Inde et l'Australie.  Il y a 180-130 millions d'années (Jurassique - Crétacé), le Gondwana s'est fragmenté : l'Australie, la Nouvelle-Guinée et l'Antarctique commencent à se détacher. L'océan Austral  commence à s'ouvrir et entraîne un isolement progressive de la faune et de la flore. Il y a 50-35 millions d'années (Éocène - Oligocène), l'Australie se détache complètement de l'Antarctique et commence à dériver vers le nord. Le climat se réchauffe, la formation des courants océaniques modifie les précipitations. Dpuis 2,5 millions d'années (Pléistocène - Holocène), l'alternance des périodes glaciaires et interglaciaires entraîne des variations du niveau de la mer. Durant les périodes glaciaires, l'abaissement du niveau marin (jusqu'à 120 m en dessous du niveau actuel) expose des terres et forment des ponts terrestres qui relient l'Australie, la Tasmanie et la Nouvelle-Guinée en une seule masse continentale, qui correspond au Sahul. Mais à chaque réchauffement climatique, la montée des eaux isole à nouveau ces régions.

Le Sahul, qui regroupait en un seul bloc l'Australie, la Tasmanie et la Nouvelle-Guinée durant les périodes glaciaires, possédait une biodiversité influencée par son isolement et les conditions climatiques changeantes. Son écosystème comprenait une faune impressionnante, notamment de la mégafaune, et une flore adaptée à des environnements variés. La végétation du Sahul variait en fonction des régions et du climat.

Les forêts tropicales (Nouvelle-Guinée, nord de l'Australie) étaient dominées par des espèces proches de celles d'Asie du Sud-Est, comme les dipterocarpes et des fougères arborescentes. Elles étaient les habitat d'animaux arboricoles et de nombreux oiseaux. Les forêts d'eucalyptus (Australie intérieure et orientale), constituées principalement d'eucalyptus, adaptées aux feux de brousse fréquents, ont coévolué avec  les marsupiaux (koalas et opossums, en particulier). La savane et les prairies (centre et nord de l'Australie), dominées par des herbes résistantes à la sécheresse, comme les spinifex, abritaient des grands herbivores et des prédateurs, dont les varans géants et les lions marsupiaux. Le déserts arides (centre de l'Australie) abritaient quant à eux des  acacias, arbustes épineux, succulentes, et étaient l'habitat du diable cornu et des petits marsupiaux fouisseurs. Enfin, les forêts tempérées (Tasmanie, sud de l'Australie), riche en conifères anciens (Araucariacées, Podocarpacées), restes des forêts du Gondwana, abritaient des animaux comme le thylacine (loup de Tasmanie).

La mégafaune du Sahul, disparue il y a environ 40 000 ans, se composait notamment du Diprotodon, plus grand marsupial ayant jamais existé (4 mètres de long, 2 tonnes) et proche parent du wombat et du koala, herbivore vivant dans les savanes., du Thylacoleo (lion marsupial), grand prédateur marsupial (jusqu'à 1,5 m de long) aux puissantes mâchoires, grimpeur, chasseur de grands herbivores, du Megalania, Varan géant (5 à 7 m de long), le plus grand lézard ayant existé et prédateur dominant, lié au dragon de Komodo actuel, du Genyornis, oiseau coureur géant (2 m de haut, 200 kg), proche des émeus, et incapable de voler, ou encore du Quinkana , crocodile terrestre (jusqu'à 6 m), actif en chasse sur la terre ferme.

Le bras de mer séparant le Sahul du Sundaland (l'actuelle Asie du Sud-Est insulaire) par un bras de mer, a limité le mélange des espèces animales et végétales entre ces deux régions et a matérialisé une séparation entre les faunes et les flores actuelles connue sous le nom de Ligne de Wallace (ou Ligne de Weber, Ligne de Lydekker, selon les espèces considérées).

Les découvertes archéologiques suggèrent que l'Homo sapiens a atteint cette région  en traversant les mers depuis le Sundaland il y a environ 65 000 ans, marquant l'un des premiers grands voyages maritimes de l'humanité. Les migrations auraient suivi deux principales routes maritimes : 1) la route du nord, via les îles indonésiennes (Sulawesi, Timor, Halmahera) vers la Nouvelle-Guinée; 2) la route du sud, depuis Bali ou Timor, puis vers le nord-ouest de l'Australie. Ces routes impliquaient des traversées de plusieurs dizaines de kilomètres en haute mer, suggérant une navigation intentionnelle et une capacité d'adaptation avancée.

La colonisation humaine a modifié l'environnement avec le feu (chasses, gestion du paysage) et s'est accompagnée de l'extinction de la mégafaune, probablement causée par une combinaison de chasse excessive et de changements climatiques. De nouvelles espèces ont aussi été introduites (dingo, lapins, renards).