A pesar de la influencia paterna, que lo impulsa a seguir la carrera de medicina en la Universidad de Edimburgo, Darwin pronto descubre que la cirugía le causa aversión. En lugar de ello, se interesa por la historia natural y la taxonomía, disciplinas que desarrolla bajo la tutela del zoólogo Robert Grant. Abandona la medicina y, en 1828, ingresa en el Christ’s College de Cambridge con la intención de convertirse en clérigo, una profesión que en aquella época permitía el estudio de la naturaleza sin prejuicios sociales. Durante su estancia en Cambridge, establece una estrecha relación con el botánico John Stevens Henslow, quien lo introduce en las ideas de la geología y la biología de campo.

El momento decisivo de su vida llega en 1831, cuando Henslow le recomienda para participar como naturalista en una expedición científica a bordo del HMS Beagle. Durante los cinco años que dura el viaje (1831-1836), Darwin recorre América del Sur, las islas Galápagos, Australia y otras regiones, recopilando una cantidad ingente de muestras y observaciones que transformarán su manera de entender el mundo natural. En las Galápagos, queda fascinado por la variación en los picos de los pinzones, lo que le lleva a cuestionarse la estabilidad de las especies.

Aunque Darwin concibió la idea de la evolución por selección natural en 1838, tardó más de 20 años en publicarla debido a su temor a la controversia religiosa y científica que generaría.

Alfred Russel Wallace, quien llegó a una conclusión similar sobre la evolución, admiraba a Darwin y le cedió la prioridad de la teoría sin resentimientos. Sin embargo, Wallace se inclinó hacia el espiritualismo, algo que Darwin nunca compartió.

Darwin sufrió múltiples dolencias a lo largo de su vida: vómitos, insomnio, fatiga extrema, ataques de pánico. Se ha especulado que padecía la enfermedad de Chagas, adquirida en Sudamérica, o un trastorno psicosomático causado por la ansiedad.

A pesar de su imagen de científico serio, Darwin era un padre afectuoso y un esposo devoto de su prima Emma Wedgwood, con quien tuvo diez hijos. Su preocupación por la endogamia le llevó a estudiar sus efectos en las plantas.

Darwin nunca se declaró ateo, pero con el tiempo abandonó la fe cristiana, especialmente tras la muerte de su hija Annie en 1851. En sus últimos años, se definía como agnóstico.

Su teoría inspiró a escritores como Tennyson, Hardy y George Eliot. Incluso Tolstói elogió El origen de las especies, aunque con reservas sobre su impacto moral.