Papua New Guinea là một phần của vùng sinh thái Australasia, gồm cả Australia, New Zealand, đông Indonesia, và nhiều nhóm đảo Thái Bình Dương, gồm cả Quần đảo Solomon và Vanuatu.

Về địa lý, hòn đảo New Guinea là nhánh mở rộng phía bắc của đĩa kiến tạo Indo-Australian, hình thành một phần của một lục địa duy nhất Australia-New Guinea (cũng được gọi là Sahul hay Meganesia). Nó được nối với mảng Australia bởi một thềm lục địa nông qua Eo biển Torres, ở những thời cổ đại còn nổi lên như một cầu lục địa — đặc biệt trong những kỷ băng hà khi mực nước biển thấp hơn hiện tại.

Vì thế, nhiều giống chim và thú có vú ở New Guinea có những quan hệ gene chặt chẽ với các giống loài tương tự ở Australia. Đặc trưng chung nhất của hai phía là sự tồn tại của nhiều loài động vật có vú có túi, gồm kangaroo và possum, không có ở bất kỳ nơi nào khác.Nhiều hòn đảo khác bên trong lãnh thổ PNG, gồm cả New Britain, New Ireland, Bougainville, Đảo Đô đốc, Đảo Trobriand, và Quần đảo Louisiade, chưa bao giờ được kết nối với New Guinea bằng những cầu lục địa, và chúng không có nhiều loài động vật có vú và những loài chim không bay được vốn thường thấy tại New Guinea và Australia.

Australia và New Guinea là những phần của siêu lục địa cổ Gondwana, bắt đầu tan rã thành những lục địa nhỏ hơn ở thời kỳ Cretaceous, 65-130 triệu năm trước. Australia cuối cùng tách hoàn toàn khỏi Nam Cực khoảng 45 triệu năm trước. Toàn bộ các vùng đất của Australasia là nơi sinh sống của quần thực vật Nam Cực, có nguồn gốc từ quần thực vật của nam Gondwana, gồm cả podocarps họ tùng bách và các loài thông Araucaria, và sồi miền nam (Nothofagus) lá rộng. Những họ cây này vẫn hiện diện tại Papua New Guinea.

Bởi đĩa kiến tạo Indo-Australian (gồm các lục địa Ấn Độ, Australia, và thềm Ấn Độ Dương ở giữa) trôi về phía bắc, nó va chạm với Đĩa Âu Á, và sự va chạm của hai đĩa đã đẩy lên dãy Himalayas, các đảo Indonesia và Rặng Trung tâm của New Guinea. Rặng Trung tâm trẻ và cao hơn các ngọn núi của Australia, cao tới mức nó có một số sông băng hiếm ở xích đạo. New Guinea là một phần của chí tuyến ẩm, và nhiều loài thực vật thuộc rừng mưa nhiệt đới Indomalaya, trải dài suốt các eo biển hẹp từ châu Á, pha trộn với hệ thực vật Australia và Antarctic cổ.

Các vùng sinh thái trên cạn

Papua New Guinea gồm một số vùng sinh thái trên cạn:

• Rừng nhiệt đới đất thấp Đảo Đô đốc
• Rừng mưa núi Rặng Trung tâm
• Rừng mưa núi Bán đảo Huon
• Rừng mưa Quần đảo Louisiade
• Rừng mưa đất thấp New Britain-New Ireland
• Rừng mưa núi New Britain-New Ireland
• Đước New Guinea
• Rừng đầm lầy nước ngọt và rừng mưa đất thấp Bắc New Guinea
• Rừng mưa núi Bắc New Guinea
• Rừng mưa Quần đảo Solomon (gồm Bougainville và Buka)
• Rừng mưa Đông Nam Papuan
• Rừng đầm lầy nước ngọt Nam New Guinea
• Rừng mưa đất thấp Nam New Guinea
• Rừng mưa Đảo Trobriand
• Đồng cỏ và savanna Xuyên Fly
• Đồng cỏ sub-alpine Rặng Trung tâm