Il est le cinquième rejeton d'un clan qui en comptera six au final. Enfant, il s'intéresse déjà à tout ce qui concerne la faune et la flore. Il apprendra même la taxidermie grâce à un esclave noir libre, ce qui lui fera conclure plus tard que noirs et blancs sont égaux. Fasciné par les théories de l'évolution, Darwin néglige ses études de médecine pour se consacrer à des observations biologiques sur les animaux marins. Son père, indigné, l'inscrit au Christ's College de Cambridge dans l'espoir d'en faire un pasteur. Grâce à la passion de l'un de ses professeurs pour la botanique et les insectes, le révérend John Stevens Henslow (1795-1861), Darwin s'instruit sur les coléoptères. Puis après avoir suivi des cours en géologie, il est recommandé par le révérend Henslow pour participer à une expédition de deux ans, dont l'objectif est l'élaboration de la cartographie de la côte de l'Amérique du Sud, à bord du navire HMS Beagle. Son père, qui d'emblée s'y oppose, le laisse finalement s'embarquer.
L'expédition se prolonge pendant cinq ans et Darwin occupe ce temps à récupérer des spécimens de toutes sortes, organismes vivants ou fossiles, et fait des observations géologiques, etc., qu'il expédie à Cambridge, accompagnés de notes écrites d'une grande pertinence. Ces précieux envois contribueront largement à sa réputation de naturaliste dans le monde scientifique. Il rédige également à l'adresse de sa famille un journal, The Voyage of the Beagle. Grâce à certaines observations qui prennent forme dans son esprit ainsi qu'à la lecture du traité Principles of Geology de Sir Charles Lyell (1797-1875), Darwin conçoit l'idée de rédiger à son tour un essai sur la géologie, traitant entre autres de la formation des atolls coralliens à partir de cônes volcaniques en cours de submersion. Toute une révolution de la vision du monde se prépare alors dans le creuset cérébral du jeune Darwin. À force d'étudier les sédiments et les fossiles qu'il y trouve, au fur et à mesure d'observations humaines et animales, sa fameuse théorie des espèces s'échafaude doucement.
À son retour d'expédition, en octobre 1836, Darwin est accueillit en homme de science désormais respecté. On trouve par conséquent des fonds et de l'aide pour répertorier et cataloguer tous les échantillons et spécimens rapportés de son voyage. Les grands scientifiques de l'époque travaillent à l'identification de ses trouvailles : l'anatomiste Sir Richard Owen (1804-1892) et l'ornithologue John Gould (1804-1881), par exemple. En février 1837, sa renommée est telle qu'on lui assigne une place au Conseil de la Société géographique. Poursuivant inlassablement des travaux sur une théorie du transformisme, c'est en observant un singe au zoo que Darwin note pour la première fois la grande ressemblance de comportement entre le primate et l'enfant.
Pendant les nombreuses années qui suivent, Darwin étudie les comportements humains, consulte les gens de toutes classes et de tous âges, apprend également des fermiers et des naturalistes reconnus. Il se marie aussi, en janvier 1839 avec sa cousine Emma Wedgwood qui lui donnera plusieurs enfants. Il continue avec acharnement son travail de rédaction sur sa théorie de la sélection naturelle, en soulevant de nombreuses polémiques parmi les fervents croyants et même parmi les scientifiques. En 1859, enfin, il publie son essai tant attendu : L'origine des espèces.