Es el único representante existente de la familia Phascolarctidae y sus parientes vivos más cercanos son los wombats.

El botánico Robert Brown escribió la primera descripción científica detallada del koala en 1814, aunque su obra permaneció inédita durante ciento ochenta años.

[6]​ Las distintas tribus aborígenes australianas utilizan nombres como cullawine, koolawong, colah, karbor, colo, coolbun, boorabee, burroor, bangaroo, pucawan, banjorah o burrenbong para referirse a este animal, muchos de los cuales con el significado 'no bebe',[7]​ Debido a su aspecto de osito de peluche, en ocasiones se le conoce como «oso koala»,[8]​[9]​ aunque realmente no está emparentado con este animal, ya que es un marsupial, no un úrsido.

Otros nombres propuestos por autores europeos fueron Marodactylus cinereus por Goldfuss en 1820, P. flindersii por René Primevère Lesson en 1827 y P. koala por John Edward Gray en 1827.

Sus orejas de forma redondeada le proporcionan una buena audición y tiene un oído medio bien desarrollado.

[49]​ Pueden almacenar el alimento en sus abazones antes de que estén listos para ser masticados.

[52]​ A diferencia de los canguros y los pósums, que se alimentan de eucalipto, los koalas son fermentadores caudales (que se produce en el intestino grueso) y su retención digestiva puede durar hasta 100 horas en la naturaleza, o hasta 200 horas en cautiverio.

[53]​[54]​ Esta anatomía les permite seleccionar qué partículas de alimento retiene para una fermentación más prolongada y cuáles dejar pasar: las partículas grandes suelen pasar más rápidamente, pues necesitan un mayor tiempo de digestión.

Su extinción en esta zona fue causada probablemente por cambios ambientales y la caza por parte de los aborígenes australianos.

Esto se puede explicar por las dos expansiones monofiléticas específicas de la familia 2C del citocromo P450 (CYP2Cs) encontradas en los koalas.

[67]​ En días muy calurosos pueden bajar a la parte más fresca del árbol, que es más fresca que el aire circundante y se abrazan al árbol para perder calor corporal sin necesidad de jadear.

[66]​ Durante los períodos fríos y húmedos, se enrollan formando una bola para conservar energía.

[70]​ Son animales asociales y dedican solo quince minutos al día a comportamientos sociales.

[76]​ Los machos adultos se comunican con fuertes rugidos, sonidos graves consistentes en inhalaciones parecidas a los ronquidos y exhalaciones resonantes que suenan como gruñidos.

Cuando gruñe, gime o chilla, riza el labio superior y dobla las orejas hacia adelante.

[83]​ En situaciones extremas, un macho puede intentar expulsar a un rival más pequeño de un árbol.

[84]​ Las hembras preñadas o lactantes son particularmente agresivas y atacan a los individuos que se acercan demasiado.

La hembra puede gritar y luchar enérgicamente contra sus pretendientes, pero se someterá a un macho dominante o conocido.

[95]​ Las hembras alcanzan la madurez sexual en torno a los tres años de edad, momento en el que ya pueden quedar preñadas.

Pueden sufrir sarna causada por el ácaro Sarcoptes scabiei y úlceras cutáneas por la bacteria Mycobacterium ulcerans, aunque ambas dolencias son poco comunes.

Una técnica habitual utilizada para cazarlos era poner un lazo confeccionado con fibras vegetales al final de un palo largo y delgado, de esta forma podían atrapar un animal en lo más alto en un árbol, donde no podían alcanzarlo escalando por el tronco.

[108]​ A principios del siglo XX era cazado en grandes cantidades por los colonos europeos, sobre todo por su piel gruesa y suave.

[126]​ El koala busca instintivamente refugio en las ramas superiores, donde es vulnerable al calor intenso y a las llamas.

[134]​ Unas pocas semanas después, James Inman, astrónomo del navegante y cartógrafo Matthew Flinders, compró un par de muestras para enviárselas a Joseph Banks a Inglaterra, las cuales describió como de un animal «algo más grande que el waumbut» (wombat).

[140]​ Home, quien en 1808 publicó su informe en la revista Philosophical Transactions of the Royal Society,[141]​ dio al animal el nombre científico Didelphis coola.

[144]​ En esta obra, citada en numerosas ocasiones, proporcionaba la primera descripción cuidadosa de su anatomía interna y señalaba su similitud estructural general con el wombat.

[147]​ El primer koala vivo llegó a Europa en 1881, comprado por la Sociedad Zoológica de Londres.

Forbes aprovechó este incidente para diseccionar el cadáver reciente de este espécimen hembra, proporcionándole detalles anatómicos explícitos de su sistema reproductivo, cerebro e hígado, partes no descritas previamente por Owen, que solo tenía acceso a muestras preservadas.

[163]​ A menudo se les representa en petroglifos, aunque no tanto como otras especies.

[164]​ Los primeros colonos europeos en Australia lo consideraban un animal merodeador semejante a los perezosos con una «mirada feroz y amenazadora».