Корабель служив біля берегів континенту, діяв з 1934 до 1936 року в Середземному морі, під час цієї місії брав участь у запланованих британським Адміралтейством заходах на Абіссинську кризу. До початку Другої світової війни «Австралія» діяв у місцевих і південно-західних районах Тихого океану.
Крейсер залишався поблизу Австралії до середини 1940 року, коли він був відряджений для виконання бойових завдань у східну Атлантику, зокрема брав участь у полюванні на німецькі кораблі та залучався до операції «Менейс». 23-28 серпня 1940 року корабель разом з крейсером «Норфолк» здійснив вилазку з Скапа-Флоу до узбережжя Норвегії з метою нанесення удару по каботажному судноплавству супротивника. Полювання на німецькі рибальські судна не вдалося, хоча крейсери дійшли до широти о. Ведмежий, а наліт корабельної авіації на Тромсе не відбувся через погану погоду. Протягом 1941 року «Австралія» діяла у внутрішніх водах та водах Індійського океану, але на початку 1942 року крейсер був переназначений як флагман ескадри ANZAC[Прим. 4]. Як частина цієї сили (яка згодом була перейменована в оперативну групу 44, а потім в оперативну групу 74), «Австралія» діяла на підтримку морських та десантних операцій ВМС США по всій Південно-Східній Азії до початку 1945 року. Корабель брав безпосередню участь у боях у Кораловому морі та на острові Саво, підтримував десанти на Гуадалканалі та бився в затоці Лейте, а також проводив численні акції під час кампанії на Новій Гвінеї.
15 вересня 1944 року «Австралія» і «Шропшир» за підтримки есмінців «Варрамунга» й «Арунта» підтримували висадку десанту на острів Моротай — останній пункт перед вторгненням на Філіппіни.
17 жовтня крейсер у складі сил прикриття (оперативна група TG.77.3) увійшов у затоку Лейте[Прим. 5]), а в день висадки — 20 жовтня — здійснювали вогневу підтримку північної групи десанту.
Під час вторгнення в затоку Лінґайєн важкий крейсер був серйозно пошкоджений унаслідок серії атак камікадзе. Австралійський крейсер відплив до Англії на ремонт, де перебував до кінця війни й більше участі в бойових діях не брав.
Наприкінці 1940-х років «Австралія» служив у складі окупаційних сил Британського Співдружності в Японії і брав участь у кількох візитах до порту до інших країн, перш ніж в 1950 році його перевели в розряд навчальних кораблів. 1954 році виведений зі складу флоту та наступного року списаний на брухт.
Gill, George Hermon (1957). Royal Australian Navy, 1939—1942. Australia in the War of 1939—1945, Series 2, Volume I. Canberra: Australian War Memorial. OCLC 848228.
Gill, George Hermon (1968). Royal Australian Navy, 1942—1945. Australia in the War of 1939—1945, Series 2, Volume II. Canberra: Australian War Memorial. OCLC 65475.
Payne, Alan (1975). H.M.A.S. Australia: The story of the 8 inch Cruiser 1928—1955. Garden Island, NSW: Naval Historical Society of Australia. ISBN 0-9599772-5-2. OCLC 2491829.
Whitley, M J (1995). Cruisers of World War Two: An International Encyclopedia. London: Arms and Armour Press. с. 104 & 109. ISBN1-85409-225-1.