19世紀初，愛丁堡大學作為世界幾所主要的具有內外科的醫科大學之一，贏得了令人羨慕的聲譽。它不僅從整個英國招收學生，而且還從主要的歐洲國家招收學生，甚至有些學生還是從殖民地和美國來的。當時人們都說，一個有愛丁堡大學學位的醫生肯定會在他這一行中出人頭地。隻要看看維多利亞時代愛丁堡大學畢業生的名人錄，就會知道這樣說是有根據的。在維多利亞統治時期，醫學上的許多偉大成就，都可歸功於諸如辛普森和利斯特等一些愛丁堡大學的畢業生。
1825年10月，賢明的父親決定要達爾文到蘇格蘭，進愛丁堡大學。經校方同意，注冊準許，於是在10月份的第一周，達爾文便成了一名具有愛丁堡大學醫學院校籍的大學生。那時他才17歲，按照常規他至少還得在什魯斯伯裏學校再呆一年，到18歲才能進愛丁堡大學。他的哥哥就是在那個年紀成為大學生的。的確，他很快就發現班上年紀比他小的隻有一個人。哥哥伊拉茲馬斯已經在該校醫學院學習了一年，因此就帶他一起去了。
按照當時大學生的習慣，他得租房子住。他父親為了讓兄弟倆學好知識，不惜花高價在醫學院附近洛西安街11號，租到一間舒適的寓所房間，房東是馬卡烏夫人。這個女房主是一個胖胖的中年寡婦，對房客百般照顧，就像老母雞對待小雞一樣。由於達爾文比別的同學小，她更是格外溺愛，硬說他看上去營養不良，總是讓他吃些超過他消化能力的食物，有時甚至使他感到難堪。
達爾文入校後得到了化學教授托馬斯·查理士·霍普簽發給他的化學和藥物學的聽課證；解剖學教授亞曆山大·蒙羅簽發的一張解剖學、生物學和病理學的聽課證。
達爾文對大學生活的幻想很快就破滅了。愛丁堡大學的課程全是講授式的，蒙羅博士講授的人體解剖使他感到討厭。事實上，他沒有努力去學習解剖，後來證明這是一生中的最大的損失。學好解剖學，對他研究生物進化理論是極有價值的。“這是不可彌補的損失，有如我不能繪畫一樣。”達爾文最討厭的似乎是藥物學——一門向來不招人喜歡的課程。這門課程由一位鄧肯博士生塞硬灌，效果不佳。此人濃重的蘇格蘭口音，幾乎使人不知所雲。後來，達爾文把鄧肯博士在一個冬天早晨8點鍾開始的藥物學的講授，描繪成“可怕的回憶”。然而，他卻喜歡英國血統的霍普教授講的化學課，這位教授很幽默而且善於深入淺出地講課。
達爾文曾如此向往的生物學，也被講授得極其乏味、冗長，使他覺得難以學下去。他把在校緊張但乏味的學習情況寫信告訴了埃瑪和舅父韋奇伍德。因此，到12月，達爾文就在不至於使校方發火的前提下開始盡量少去聽課，也就不奇怪了。他認為愛丁堡大學這種索然寡味的講授方法比起閱讀來說，害多利少。因此，他和其他一些同樣感到無聊的學生一樣，躲在學校的圖書館裏尋求安慰。在愛丁堡大學的寒冬裏，圖書館裏的溫度非常宜人。達爾文一離開那枯燥乏味的課堂，一頭鑽進圖書館裏，就像魚兒得到了水，愉快地在知識的海洋裏探索、遨遊。他經常在這裏遇見哥哥。後來經校方統計證明，在所有的學生中，達爾文兄弟倆是全校借書次數最多的讀者。他的哥哥這時已進入畢業前的最後一年，看樣子他也和達爾文一樣，對大學生活有幻滅之感。
“隻是為了父親的緣故，我才不得不去取得學位，”伊拉茲馬斯有一次說出了心裏話，“但是我一點也不想當醫生。病人使我受不了。”
“那麼誰來接替父親呢？”達爾文問道。哥哥的這番話使他深感不安。“他現在快60歲了，很快就要退休的。”
“還是由你去接替他吧，我的好兄弟，”伊拉茲馬斯微笑著說，“你會成為一個比我強得多的家庭醫生。”
對於哥哥伊拉茲馬斯，達爾文所表現的是敬愛而且有些憐憫的成分。他的頭腦非常清楚，對文學、藝術甚至科學有多方麵的廣泛興趣。有一段時期，他們采集植物並製作標本，在一段比較長的時期中，他們曾在什魯斯伯裏的工具室中研究過化學，做過實驗，每逢回憶起這一時期，達爾文總是感到非常愉快。伊拉茲馬斯極有禮貌，心地十分善良。但從少年時期起，健康就很差，因而他的精力不旺盛，有時低沉，在其成年以後尤其如此。所以在達爾文航海後的日子裏，達爾文總是惦記著孤獨生活的他。所以他有時間便到倫敦安妮皇後街哥哥家小住幾日，或把哥哥邀到家中共度假日。
達爾文的父親可能已經知道他大兒子心裏盤算些什麼了，因而從1826年的複活節假期起，他開始對達爾文給予更大、更多的注意，盡他最大努力往這個孩子的腦袋裏灌輸實用醫學知識。前一年，也就是在他去愛丁堡以前的那個夏季，達爾文曾陪同父親出診，父親診察病人時他在一旁看著，為病人診斷和開處方時他在一旁聽著。現在父親讓他獨自去看一些較貧苦的病人，把一切症狀盡可能詳細地記錄下來，然後回來報告給父親，父親再進一步提出詢問，把每個病人需要下哪種藥交給達爾文，然後讓這一工作完成。
想到讓一個十六七歲的孩子診斷和治病，會把當今的人們嚇壞，然而達爾文卻負責了十幾個病人，主要是什魯斯伯裏的窮苦的兒童和婦女，並且得到他們的信任。他主張多數小病可以用瀉藥治愈，因為便秘在當時甚為流行。他去哪裏診病都投用大劑量的硫黃糖漿。達爾文的兒子弗朗西斯曾談到他父親有一次如何誇耀自己怎麼用吐酒石使人把吃下去的食物全吐出來而成功地治療好一家人的故事。
在愛丁堡大學的第二年，達爾文更多地學習了生理學和解剖學。他已經從解剖學老師蒙羅博士那裏聽了一些關於解剖學的課，這門課不僅使他煩得要死，而且感到厭惡。可現在正是他靠解剖獲取實用知識的時候。當時解剖學是必修課，學生解剖人體的所有部分之後，才準參加一次專業考試。可是達爾文進了一次解剖室後，就幹脆拒絕再去了，學校也沒有勉強他。解剖台上放著可怕的刮過的屍體，雖然已在福爾馬林中浸泡過，還是發出難聞的氣味，使他十分厭惡。當他意識到這一無生命的肉體，曾經是不得不在愛丁堡冷酷的濟貧院裏度過餘生的孤苦人時，就再也無法忍受下去了。
“我禁不住要想，”他在給父親的信裏寫道，“這些躺在台上的可憐的人和我們一樣地愛過人也被人愛過。他們會有如此結局，被任意切割，成為粗魯玩笑的題材，實在令人無法接受。”
雖然在這裏有許多事情使他感到苦惱、不安和厭惡，甚至有些情景不時再現眼前，但是他沒有因此而減少實習。盡管“醫科的這一部分不能使他發生較大的興趣”，他作為一名未來的醫生，必須去查病房，這是實習中的最重要的一項。在那裏，他目睹了病人的許多痛苦，他看到人們在極度的痛苦中死去，無法理解醫學為什麼還沒有找到一些辦法來減輕人們的痛苦。他已經不再是那個把活的蚯蚓穿到釣魚鉤上的男孩子了。
當他被迫在學校的附屬醫院參加做手術時，他對醫學的痛恨達到了極點。在這裏，他看到不施麻醉藥便被剖腹和截肢的人，病人的嘴被塞住，不能喊出聲來。“我曾兩次去過愛丁堡醫院的手術室，看到兩次很壞的手術，一次是對一個孩子施行的，但在沒有完成手術之前，我就趕緊走開了。從此我再也沒有去過那裏，因為沒有任何力量足以驅使我再去，這是在氯仿發明以前很久的時候，那兩次手術的情形使我苦惱了很長時間。”
19世紀初，漢弗萊·戴維爵士發現了一氧化二氮的麻醉作用，而且建議在做流血不是太多的小手術時可以使用。但是愛丁堡的外科醫生卻執意不使用它。他們也不采用乙醚，而倫敦的外科醫生在1810年就已經使用它了，隻不過作用不太大。直至1847年，達爾文的一個同學詹姆士·辛普森采用氯仿麻醉，這才建立了一個麻醉係統，一直沿用了四分之三世紀之久。