樹袋熊吃桉樹葉。樹袋熊幾乎從不下地喝水，它們以桉樹葉為食，每天能吃掉許多的桉樹葉，而且消化良好。樹袋熊的牙齒適合處理桉樹葉。它們用臼齒把樹葉咀嚼成很細的糊狀，然後這些東西會在盲腸裡進行微生物發酵。一隻成年樹袋熊每天會吃掉大約500克重的鮮樹葉。儘管有600多種桉樹供樹袋熊選擇，但它們僅僅以其中的30種左右為食。偏食程度在種群之間有所不同，它們通常聚集到較溼潤、物產更豐饒的棲息地裡的樹種上。在其分佈範圍的澳大利亞南部，它們偏愛多枝桉和藍桉，而在北部的種群主要以赤桉、脂桉、小果灰桉、斑葉桉以及細葉桉的樹葉為食。
桉樹葉對大多數食葉動物而言並不適於食用，樹袋熊做了很多適應性改變，以使自己能夠應付如此難處理的食物。有些樹葉它們很明顯地完全避開不吃，有些樹葉中含有的毒素則能在肝中進行解毒並被排出體外。處理可用能量這麼低的食物，需要做出行為習性上的調整，因此樹袋熊睡得很多，一天最多可睡20個小時。
