A origem do povo indígena da Austrália continua sendo uma questão de debate e conjectura. Acredita-se que estejam entre as primeiras migrações humanas para fora da África. Embora eles provavelmente tenham migrado para a Austrália pelo sudeste da Ásia, eles não estão demonstravelmente relacionados a nenhuma população asiática ou polinésia conhecida. Há evidências de intercâmbio genético e linguístico entre australianos no extremo norte e os povos austronésios da Nova Guiné moderna e as ilhas, mas isso pode ser o resultado de comércio recente e casamentos mistos.
Na época do primeiro contato europeu, estima-se que entre 315.000 e 750.000 pessoas viviam na Austrália, com estimativas altas chegando a 1,25 milhão.
Estima-se que uma população acumulada de 1,6 bilhão de pessoas tenha vivido na Austrália mais de 70.000 anos antes da colonização britânica.
As regiões de maior população indígena eram as mesmas regiões costeiras temperadas que são atualmente as mais densamente povoadas. No início dos anos 1900, acreditava-se que a população indígena da Austrália estava levando à extinção. A população diminuiu de 1.250.000 em 1788 para 50.000 em 1930; isso se deveu em parte a um surto de doenças como a varíola.
Pós-colonização, as populações indígenas costeiras foram logo absorvidas, esgotadas ou forçadas a sair de suas terras; os aspectos tradicionais da vida aborígene que permaneceram persistiram mais fortemente em áreas como o Grande Deserto Arenoso, onde os assentamentos europeus foram escassos. A maior densidade populacional foi encontrada nas regiões sul e leste do continente, o vale do rio Murray em particular. No entanto, os aborígenes australianos mantiveram comunidades de sucesso em toda a Austrália, desde as terras altas frias e úmidas da Tasmânia até as partes mais áridas do interior continental. Tecnologias, dietas e práticas de caça variam de acordo com o ambiente local.
Acredita-se que a primeira migração humana inicial para a Austrália foi conseguida quando esta massa de terra formou parte do continente Sahul, ligado à ilha da Nova Guiné através de uma ponte de terra. Também é possível que as pessoas tenham chegado de ilha em ilha através de uma cadeia de ilhas entre Sulawesi e a Nova Guiné e a outra chegue ao norte da Austrália Ocidental via Timor.
O momento exato da chegada dos ancestrais dos australianos aborígines tem sido uma questão controversa entre os arqueólogos. A data mais geralmente aceita para a primeira chegada é entre 40.000 a 80.000 anos de idade. Perto de Penrith, em New South Wales, desde 1971, numerosas ferramentas de pedra aborígene foram encontradas em sedimentos de gravilha de Cranebrook Terraces, com datas de 45.000 a 50.000 anos BP. Quando esses resultados eram novos, eram controversos, mas datações mais recentes dos mesmos estratos em 1987 e 2003 corroboraram essas datas.
Uma data de 48.000 aC é baseada em alguns locais no norte da Austrália datados usando termoluminescência.
Um grande número de locais foi datado por radiocarbono para cerca de 38.000 aC, levando alguns pesquisadores a duvidar da precisão da técnica de termoluminescência. A datação por radiocarbono é limitada a uma idade máxima de cerca de 40.000 anos. Algumas estimativas foram dadas de 30.000 a 68.000 aC.
Datas anteriores estão exigindo novas técnicas, como luminescência opticamente estimulada (OSL) e espectrometria de massa com acelerador (AMS), e as evidências para uma data anterior de chegada estão crescendo. Charles Dortch namorou achados recentes na Ilha Rottnest, na Austrália Ocidental, a 70.000 anos da BP.
Os abrigos rochosos em Malakunanja II (um abrigo rochoso pouco profundo a cerca de 50 quilómetros da costa actual) e Nauwalabila I (70 quilómetros a sul) mostram evidências de peças usadas de ocre - evidência de pintura utilizada por artistas há 60 mil anos. Usando o OSL Rhys Jones obteve uma data para ferramentas de pedra nestes horizontes que datam de 53.000-60.000 anos atrás.
A datação por termoluminescência do sítio de Jinmium no Território do Norte sugeriu uma data de 116.000 mais ou menos 12.000 aC. Embora esse resultado tenha recebido ampla cobertura da imprensa, ele não é aceito pela maioria dos arqueólogos. Só a África tem evidências físicas mais antigas de habitação pelos humanos modernos. Há também evidências de uma mudança nos regimes de incêndios na Austrália, extraídos de depósitos de recifes em Queensland, entre 70 e 100.000 anos atrás, e a integração de evidências genômicas humanas de várias partes do mundo também suporta uma data anterior a 60.000 anos chegada dos povos aborígenes australianos no continente.
Os seres humanos chegaram à Tasmânia há aproximadamente 40.000 anos, migrando através de uma ponte terrestre do continente que existia durante o último máximo glacial. Depois que os mares surgiram há cerca de 12 mil anos e cobriram a ponte de terra, os habitantes foram isolados do continente até a chegada dos colonizadores europeus.
Tribos aborígenes de estatura curta habitavam as florestas tropicais de North Queensland, das quais o grupo mais conhecido é provavelmente o Tjapukai da área de Cairns.
Essas pessoas da floresta tropical, coletivamente referidas como Barrineans, já foram consideradas uma relíquia de uma onda anterior de migração de Negrito para o continente australiano, mas essa teoria já não encontra muito favor.
Mungo Man, cujos restos mortais foram descobertos em 1974, perto do Lago Mungo, em New South Wales, é o mais antigo humano encontrado na Austrália. Embora a idade exata do Mungo Man esteja em disputa, o melhor consenso é que ele tem pelo menos 40.000 anos de idade. As ferramentas de pedra também encontradas no Lago Mungo foram estimadas, com base na associação estratigráfica, em cerca de 50.000 anos de idade. Como o lago Mungo fica no sudeste da Austrália, muitos arqueólogos concluíram que os humanos devem ter chegado ao noroeste da Austrália pelo menos alguns milhares de anos antes.
Em 2012, os resultados da genotipagem em larga escala indicaram que os aborígines australianos, os povos indígenas da Nova Guiné e os Mamanwa, um povo indígena do sul das Filipinas, estão intimamente relacionados, tendo divergido de uma origem comum há aproximadamente 36.000 anos. Os mesmos estudos mostram que os genomas aborígenes consistem em até 11% de DNA indiano que é uniformemente espalhado pelo norte da Austrália, indicando um fluxo gênico substancial entre as populações indígenas e o norte da Austrália ocorrido há cerca de 4.230 anos. Mudanças na tecnologia de ferramentas e processamento de alimentos aparecem no registro arqueológico por volta dessa época, sugerindo que pode ter havido migração da Índia.
Quando o noroeste da Austrália, que é o mais próximo da Ásia, foi ocupado pela primeira vez, a região consistia em florestas tropicais abertas e bosques. Após cerca de 10.000 anos de condições climáticas estáveis, quando o povo aborígene se instalou em todo o continente, as temperaturas começaram a esfriar e os ventos tornaram-se mais fortes, levando ao início de uma era glacial. No máximo glacial, 25.000 a 15.000 anos atrás, o nível do mar caiu para cerca de 140 metros abaixo do seu nível atual. A Austrália estava ligada à Nova Guiné e a região de Kimberley, na Austrália Ocidental, foi separada do Sudeste Asiático (Wallacea) por um estreito de apenas aproximadamente 90 km de largura.
As chuvas foram 40% a 50% menores do que os níveis modernos, dependendo da região, enquanto os níveis mais baixos de CO2 (metade dos níveis pré-industriais) significaram que a vegetação exigia o dobro de água para a fotossíntese.
O Kimberley, incluindo o adjacente Sahul Shelf continental, estava coberto por vastas pradarias dominadas por plantas floríferas da família Poaceae, com bosques e arbustos semi-áridos cobrindo a plataforma que ligava a Nova Guiné à Austrália.
A sudeste de Kimberley, do Golfo de Carpentaria ao norte da Tasmânia, a terra, incluindo as margens oeste e sul das agora expostas plataformas continentais, era coberta em grande parte por desertos extremos e dunas de areia. Acredita-se que durante este período, não mais do que 15% da Austrália apoiaram árvores de qualquer tipo. Enquanto alguma cobertura de árvores permaneceu no sudeste da Austrália, a vegetação das áreas costeiras mais úmidas nessa região era a savana semi-árida, enquanto algumas florestas tropicais sobreviveram em áreas costeiras isoladas de Queensland.
A Tasmânia era coberta principalmente por estepes frios e pastagens alpinas, com pinheiros nevados em altitudes mais baixas. Há evidências de que pode ter havido uma redução significativa nas populações aborígines australianas durante esse período, e parece ter havido "refúgios" dispersos nos quais os modernos tipos de vegetação e as populações aborígines sobreviveram. Corredores entre esses refúgios parecem ser rotas pelas quais as pessoas mantiveram contato, e parecem ter sido a base para o que hoje é chamado de "Songlines" hoje.
Com o fim da era glacial, fortes chuvas voltaram, até cerca de 5.500 anos atrás, quando o ciclo da estação úmida no norte terminou, trazendo consigo uma megadrought que durou 1.500 anos. O retorno de chuvas confiáveis por volta de 4.000 anos A BP deu à Austrália seu clima atual.
Após a Idade do Gelo, os povos aborígenes ao redor da costa, de Arnhem Land, Kimberley e sudoeste da Austrália Ocidental, contam histórias de antigos territórios que foram afogados sob o mar com o aumento das costas depois da Idade do Gelo. Foi esse evento que isolou o povo aborígene da Tasmânia em sua ilha e provavelmente levou à extinção das culturas aborígenes nas Ilhas Bass Strait e Kangaroo, no sul da Austrália.
No interior, o fim da Idade do Gelo pode ter levado à recolonização das áreas desérticas e semidesérticas pelo povo aborígine do Território do Norte. Isso em parte pode ter sido responsável pela disseminação de línguas da família linguística Pama-Nyungan e secundariamente responsável pela disseminação de ritos de iniciação masculina envolvendo a circuncisão. Tem havido uma longa história de contato entre os povos da Papua, na Província do Oeste, os Ilhéus do Estreito de Torres e os povos aborígines em Cape York.
Os australianos aborígenes viveram grandes mudanças climáticas e adaptaram-se com sucesso ao seu ambiente físico em mutação. Há muito debate em curso sobre o grau em que eles modificaram o ambiente. Uma controvérsia gira em torno do papel dos povos indígenas na extinção da megafauna marsupial (veja também a megafauna australiana). Alguns argumentam que as mudanças climáticas naturais mataram a megafauna. Outros afirmam que, porque a megafauna era grande e lenta, eles eram presas fáceis para os caçadores humanos. Uma terceira possibilidade é que a modificação humana do ambiente, particularmente através do uso do fogo, indiretamente levou à sua extinção. A história oral demonstra "a continuidade da cultura dos indígenas australianos" por pelo menos 10.000 anos. Isso é demonstrado pela correlação de histórias de história oral com incidentes verificáveis, incluindo mudanças conhecidas no nível do mar e suas grandes mudanças associadas na localização das linhas costeiras oceânicas; registros orais de megafauna; e cometas.
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