Родители Моусона поселились в Австралии на ферме близ Сиднея, и свое детство Дуглас провел среди природы. В 16 лет он поступил в Сиднейский университет на горный факультет.
В 19 лет Моусон получил диплом горного инженера. Но он не оставил университет и продолжал учиться дальше. В 1903 году в течение шести месяцев Моусон находился в экспедиции по изучению геологии Новых Гебрид. Экспедиция исследовала различные районы островов и собрала обширный материал. К концу 1904 года Моусон закончил полный курс по геологии и в 1905 году получил ученую степень бакалавра наук и был приглашен читать лекции по минералогии и петрографии в Аделаидский университет (Южная Австралия).
В Антарктиду его привели научные интересы. Дуглас Моусон попал в Антарктиду еще совсем молодым человеком - в составе экспедиции Шеклтона. В то время, когда Шеклтон и его спутники шли на покорение Южного географического полюса, вторая партия отправилась к Южному магнитному полюсу. Шеклтон тогда не дошел до географического полюса 180 километров, а вторая партия, в составе Дэвида, Маккея и Моусона, 16 января 1909 года достигла Южного магнитного полюса. Он находился к западу от пролива Мак-Мёрдо - на высокогорном плато Земли Адели. Здесь магнитная стрелка была наклонена вертикально. Со временем магнитные полюса смещаются. Южный магнитный полюс в 1909 году находился примерно в 600 километрах от берега Земли Адели, а в 1956 году французы определили его в 350 километрах от берега. Позднее магнитный полюс сместился еще севернее.
Вернувшись в Австралию, Дуглас Моусон решил организовать в Антарктиду свою экспедицию. Главной целью австралийской антарктической экспедиции было исследование малоизвестной части континента к югу от Австралии - Земли Уилкса.
В начале декабря 1911 года Дуглас Моусон во главе англо-австралийской исследовательской экспедиции отправился из Тасмании в Антарктиду, к Земле Адели. В его распоряжении был пароход "Аврора" под командой капитана Джона Кинга Дейвиса, плававшего раньше на "Нимроде" с Шеклтоном. Часть сотрудников, высаженная на острове Маккуори, нанесла его на карту и выполнила описание этого острова, впоследствии объявленного заповедником. В январе 1912 года Моусон с группой сотрудников высадился на Землю Адели у залива Коммонуэлт и остался там на зимовку. Акваторию у этого побережья материка он назвал морем Дюрвиля. По его распоряжению вторую группу зимовщиков под начальством Френсиса Уайлда (спутника Шеклтона в походе к полюсу в 1908-1909 годах) капитан Дейвис должен был высадить в 1500 километрах западнее, на берег Нокса. Но корабль не смог подойти к этому берегу из-за непроходимых льдов. Продвигаясь дальше, прямо на запад, экспедиция 8 февраля открыла (вторично - после Уилкса) огромный шельфовый ледник Шеклтона. Дейвис обогнул его и вступил в обширный залив, названный Моусоном морем Дейвиса. 13 февраля вдали показался высокий берег - Земля Королевы Мэри. "Аврора" не могла подойти близко к этому впервые обнаруженному участку антарктической суши.
Оставшиеся на зимовку партии соорудили дома, после чего приступили к обследованию берегов континента. В западной партии зимовка прошла благополучно, здесь австралийцы обследовали и нанесли на карту значительную часть береговой линии, в том числе и берег, где впоследствии была создана советская станция Мирный. Через год "Аврора" приняла людей западной партии на борт.
Жизнь восточной партии, которой руководил Моусон, была насыщена драматическими событиями. В районе мыса Денисон почти непрерывно свирепствовали ураганные ветры, особенно зимой, и с тех пор это место называется "полюсом ветров".
На Земле Адели Моусон с помощью анемометра, сконструированного им еще в экспедиции Шеклтона, наблюдал зимние ветры неслыханной ранее силы: нередко отмечалась средняя суточная скорость ветра 44 метра в секунду, а максимальная достигала 90 метров в секунду. (Скорость опустошительного урагана более 30 метров в секунду: зимовщикам Земли Адели приходилось выдерживать ураган тройной силы)