剛過8歲的達爾文被父親送去上學。自小生長在大自然中的達爾文非常討厭學校硬性規定死背書的教育方式，此時的學習變得毫無樂趣可言。對於背誦詩句的事，他總是草草應付了事，因此，他的老師對他的評語是：“成績平平，智商不高。”
達爾文雖不喜歡學校的課業，但是對博物學卻很感興趣，尤其是熱衷采集標本。不管是植物、動物、昆蟲，或是石頭、貝殼、印章等，他都收集起來，堆滿了房間和庭院。
全身心沉醉於各種動、植物的達爾文，學業上並不突出，轉學也沒見學習成績有任何好轉跡象。懂醫學的父親決定把他送進醫學院去學醫，但他對醫學一點興趣也沒有。他的父親看著兒子整天埋頭於在他看來是“不務正業”的事情，很為他的未來擔心，義正辭嚴地對他說：“如果你實在不願學醫，你就學習做牧師吧。總之，你不能變成遊手好閑的人。”1828年初，在確信自己對宗教並不懷疑之後，達爾文聽從父親的勸告，進入劍橋大學的基督學院“深造”。
在劍橋大學，他認識了通曉各門學科的亨斯羅教授，這個人對達爾文的一生起了極其重大的作用，他們一見如故，不久成為至交。亨斯羅熱心地指導達爾文學習植物學、昆蟲學等，達爾文也虛心地向他求教。亨斯羅教授曾建議達爾文看些地質學方麵的書籍，並告訴他要成為一個博物學家，探索生物進化問題，地質學知識是不可缺少的，因為不同地層的化石往往反映了生物進化的曆史，而動物化石是活著的動物的祖先。達爾文聽從了亨斯羅教授的意見，努力研究地質學，並利用各種機會進行實地地質考察。從實地考察中，達爾文明白了一個道理：科學在於把事物分門別類，借此推導出一般的規律和結論。
1831年的夏天，達爾文完成了劍橋大學的學習回到家中。一天，他收到亨斯羅教授的一封信，信中說：英國海軍部所屬的皇家勘探船貝格爾艦準備去南美洲進行考察，船長很樂意找一位誌願自費負擔航行期間的自然科學考察費用的科學家出海考察。亨斯羅認為達爾文是合適的人選，建議他參加這次航行。盡管父親對此事表示堅決反對，但達爾文最終還是說服父親同意了自己的這次出海考察。
1831年12月27日，達爾文開始了隨貝格號為期5年的環球旅行，可以說這次環球旅行是西方科學史上最有價值的一次旅行。
在這次漫長又艱辛的旅途中，達爾文親眼目睹了許多美麗奇異的自然景觀，觀察了火山和若幹原始部落，經曆過地震，發現了大量的動植物化石，考察了種類繁多的動植物生長及生活情況。更為重要的是，他對此作了大量的航海日記，把自己的所見所聞一一詳細記錄了下來。這段經曆奠定了他以後研究的基礎。
航海環球考察結束後，30歲的達爾文與他深愛多年的表姐愛瑪結了婚。以後的20年，達爾文一方麵進行各種生物實驗完善理論，一方麵與一些科學家討論有關生物進化的問題。同時，他出版了一係列著作，並由此成為英國最傑出的生物學家之一。
1859年，他的《物種起源》一書震驚了世界，其中提出的“物競天擇，優勝劣汰”的進化論觀點影響深遠，是曆史上第一部係統撰寫生物進化規律的書。1871年，他的《人類的由來》一書打破了世人“所有生物是上帝創造”的觀念，提出“人是由類人猿進化而來”的觀念，引起社會各界人士的廣泛討論。
盡管達爾文所提出的生物進化論的觀點在科學發展史上具有極其重要的地位，但在當時，達爾文卻是十分不情願地發表這一論點。他擔心一旦提出這個論點，他和他的家人將被視為異端、受人排擠迫害。他的擔心是正確的，因為汙蔑和嘲諷像潮水似地傾瀉而來，即使在一個世紀之後，仍然有許多人不能接受他所提出的進化論。在當時，他的理論被許多人視為異端邪說看待。
但是，《物種起源》的意義是毋庸置疑的。馬克思曾說，達爾文的《物種起源》非常有意義，這本書可以用來當做曆史上的階級鬥爭的自然科學根據。甚至也有人說，1859年成為劃分科學史前後兩個“世界”的界限。《物種起源》的出版使生物學發生了一場革命，這場革命如同馬克思主義登上曆史舞台一樣，意義重大，影響深遠。達爾文遠離大城市的繁囂，在他寧靜的莊園裏準備著一場革命；馬克思自己在世界囂嚷的中心所準備的也正是這種革命，差別隻在杠杆是應用於另一點而已。