Männen misstänks för att ha planerat att ta ombord en hemmagjord bomb på ett flygplan från Förenade Arabemiratens Etihad Airways. Bomben skulle detoneras på planet med avgång från flygplatsen i Sydney den 15 juli, men terrorplanerna avbröts.
De misstänkta männen fick instruktioner från terrorrörelsen IS i Syrien, enligt Michael Phelan vid Australiens federala polis.
– Instruktionerna kom från en högt uppsatt person, säger Phelan, som beskriver terrorplanen som "en av de mest sofistikerade på australisk mark", enligt internationella nyhetsbyråer.
Inte medveten
IS-ledaren skickade material till bomben med flyg via Turkiet och gav männen instruktioner om hur den skulle byggas.
Männen som delgivits misstanke om terrorbrott är 32 respektive 49 år och har rapporterats vara bröder. De misstänks formellt för "handlingar för att förbereda, eller planera, ett terrordåd", och kommer att framträda i en domstol i Sydney på fredagen.
En av männen ska ha planerat att smuggla ombord bomben i sin brors handbagage. Men brodern ska inte ha varit medveten om planen, rapporterar ABC News.
Bomben, dold i en köttkvarn, togs in på flygplatsen den 15 juli. Polisen har en teori om att bagaget blev för tungt för att tas med och att planen därför avbröts.
Svårt få fram
Enligt polisen fanns det ytterligare en terrorplan. Utöver bomben tänkte männen tillverka en anordning för att släppa ut giftgasen vätesulfid. Dådet skulle ske på en "avskild" offentlig plats där många människor vistas, möjligen inom kollektivtrafiken.
Men planerna på den kemiska anordningen var inte långt framskridna, enligt Michael Phelan.
– Vätesulfid är väldigt svårt att få fram så jag vill göra klart att även om planerna fanns där var de långt ifrån att ha en färdig anordning, säger han, enligt The Sydney Morning Herald.
Polisen grep fyra män i helgen i räder på flera platser i Australiens största stad Sydney. En man har släppts och är avförd från utredningen. En man sitter kvar frihetsberövad, och förhörs fortfarande om misstankarna.
Terror i Australien
- Terrorhotnivån för Australien, nära lierat med USA, bedöms som "sannolik", vilket är oförändrat sedan 2014.
- Enligt australiska myndigheter är den avslöjade terrorplanen det trettonde större terrorhotet som stoppats sedan nivån höjdes. 70 personer har ställts inför rätta efter 31 olika antiterroroperationer.
- Flera terrorattacker har ägt rum i Australien på senare år, bland annat på ett kafé i Sydney 2014 då två dödades.