La rusa, de 18 años y número ocho del mundo, sufrió un temprano quiebre contra la canadiense de 19, pero luego se llevó la final.
Andreeva remontó tras ir 3-0 abajo, encadenando nueve juegos antes de que Mboko pidiera al médico cuando perdía por un set y 3-0.
La número 17 regresó tras un descanso médico de siete minutos y un control de la presión arterial, y ganó su primer juego para poner fin a la racha de Andreeva.
"Desafortunadamente, hoy no he podido dar el 100%", dijo Mboko, que cometió 29 errores no forzados y perdió su servicio en cinco ocasiones. "Pero Mirra ha jugado increíblemente bien".
Andreeva, que el año pasado alcanzó la cuarta ronda en Melbourne, agradeció a sus fisioterapeutas, que, aseguró, le "vendaban los dedos de los pies" todos los días.
"Los fisioterapeutas me han ayudado mucho, pero también siento que he estado entrenando, trabajando y sudando. He sido valiente en todos mis partidos", sostuvo la campeona.
Las dos finalistas se dirigen ahora a Melbourne para disputar el Abierto de Australia, que comienza el domingo.
Andreeva, octava cabeza de serie, debutará contra la croata Donna Vekic, mientras que Mboko se enfrentará a la local Emerson Jones.