Először orvoslást tanult Edinburgh-ban, majd teológiát a cambridge-i egyetemen, és egyházi pályára készült. Ám a természeti jelenségek iránti érdeklődése és a kapott felkészítés arra sarkallta, hogy elfogadja a meghívást 1831-ben a Beagle nevű hajóra természetbúvárként egy Föld körüli útra. Öt évvel későbbi visszatérése után közzétette a közben szerzett földtani megfigyeléseiről (például a korallzátonyok képződéséről) a munkáit. A többi feljegyzéseit rendszerezve megalkotta a leszármazással történő fajátalakulások elméletét, amit azután sokáig alakított és fejlesztett (nagyjából 1838-tól 1859-ig); végső formájában ez lett a természetes kiválogatódással (természetes szelekcióval) létrejövő evolúció elmélete. 1859-ben jelentette meg "A fajok eredete a természetes kiválogatódás útján" (On the origin of species by means of natural selection) című művét Alfred Russell Wallace hasonló nézeteinek tudomására jutása után. Három újabb könyvet írt, melyek mind A fajok eredete folytatásai voltak. Életének utolsó évtizedében Darwin főleg botanikai kutatásokat végzett. Gondolatait a genetika és a molekuláris biológia későbbi fejleményei módosították ugyan, munkája azonban máig a modern evolúcióbiológia kiindulópontja.