Es un animal semiacuático y vive en pequeños riachuelos y ríos en un área biogeográfica que cuenta con una amplia variedad de hábitats y climas, que va desde las frías zonas montañosas de Tasmania y los Alpes Australianos hasta las selvas tropicales de las costas de Queensland.No se tiene conocimiento de su distribución en el interior australiano; se extinguió en Australia Meridional, salvo una población introducida en la isla Canguro entre 1929 y 1946 que todavía mantiene poblaciones activas,y ya no habita en gran parte de la cuenca Murray-Darling, posiblemente debido al declive de la calidad del agua provocado por la tala de árboles y la irrigación a gran escala. A lo largo de los sistemas fluviales costeros, su distribución es impredecible; parece estar ausente de algunos ríos relativamente sanos, pero continúa viviendo en otros que están bastante degradados (como el curso bajo del río Maribyrnong).
En cautiverio algunos ejemplares han sobrevivido hasta los diecisiete años de edad y han sido capturados ejemplares silvestres con una edad de once años. La tasa de mortalidad de los adultos en estado salvaje parece ser baja. Entre sus predadores naturales se encuentran las serpientes, la rata de agua australiana (Hydromys chrysogaster), varanos, halcones, búhos y águilas. Las pequeñas poblaciones del norte de Australia se deben posiblemente a la depredación de los cocodrilos.La introducción del zorro rojo como predador para el conejo puede haber tenido cierto impacto en el número de ornitorrincos en el continente. Por regla general es un animal nocturno y crepuscular, sin embargo hay individuos activos durante el día, particularmente cuando el cielo está cubierto. Suele habitar ríos elevados y las zonas ribereñas, tanto por la disponibilidad de presas como de bancos de arena donde excavar madrigueras para anidar y descansar. Un ejemplar puede abarcar un territorio de un radio de hasta siete kilómetros y, en el caso de los machos, dicho territorio solapa el de tres o cuatro hembras.
El ornitorrinco es un nadador excelente y pasa gran parte del tiempo en el agua buscando alimento. Cuando nada, puede distinguirse de otros mamíferos australianos por la ausencia de orejas visibles.Una de sus características, única entre los mamíferos, es que nada impulsándose en el agua batiendo alternativamente las patas delanteras; aunque sus cuatro patas están palmeadas, las posteriores, que pliega contra el cuerpo, no contribuyen al impulso sino que sirven para la dirección, en combinación con la cola. Es una especie homeoterma que mantiene su temperatura corporal en torno a 32 °C (inferior a la de la mayoría de mamíferos) incluso cuando busca alimento durante horas en aguas por debajo de los 5 °C.
Normalmente sus inmersiones duran unos 30 segundos; pueden durar más pero pocas superan su límite aeróbico estimado de 40 segundos. Para recuperarse de sus inmersiones pasa entre 10 y 20 segundos en la superficie del agua. El ornitorrinco es carnívoro; se alimenta de anélidos, larvas de insectos, camarones de agua dulce y cangrejos de río que extrae del fondo fluvial escarbando con el hocico o que caza mientras nada. Utiliza unos sacos maxilares para almacenar su alimento junto con piedras de pequeño tamaño que le ayudan a triturarlo. Una vez que los sacos están llenos, o cuando captura una presa de mayor tamaño, asciende a la superficie para ingerir las capturas. Necesita comer aproximadamente un 20% de su peso cada día. Esto implica que tiene que pasar una media de 12 horas al día buscando alimento.Cuando no se encuentra dentro del agua, se retira a una pequeña y recta madriguera de reposo, de corte transversal oval, situada casi siempre en la orilla un poco por encima del nivel del agua, y a menudo escondida bajo una maraña protectora de raíces.
