1826年，达尔文按照父亲的意愿进入爱丁堡大学学习医学，但他对医学不感兴趣，不久就放弃学医。1828年达尔文的父亲又送他进入剑桥大学学习神学，将来好做一名牧师。在剑桥大学的三年时间里，达尔文努力地钻研博物学和自然史，还结识了亨斯罗等一批博学的教授学者，并从他们那儿学到了许多自然科学知识和进行科学考察的技能。
1831年，达尔文大学毕业。同年，亨斯罗教授推荐他以博物学专家的身份去英国贝格尔号军舰进行环球5年的航行考察，达尔文的工作是在还未开发的地区采集动物、植物和岩石样品。在贝格尔号航行的过程中，达尔文一路都进行了认真的观察和记录，采集到许多珍贵的动、植物和化石标本。正是这次环球考察，使达尔文变成了一位生物进化论者。达尔文在晚年回顾这一段经历时说：“贝格尔舰的航行，在我一生中，是极其重要的一件事，它决定了我的整个事业。” 在考察的过程中，有三类事实使达尔文获得了深刻的印象，促使他逐渐相信物种是可变的，是由其他物种进化而来的，而不是由上帝创造的。这三类事实是：
第一，南美洲的东海岸自北向南、西海岸自南向北的生物类型逐渐地更替，这使他对“神创论”产生怀疑，想到环境对生物类型的影响。
第二，达尔文在南美洲发现了一些古代动物骨骼的化石，其中有一种是古代贫齿目四足兽的化石，从它的结构上看，很接近南美洲的特有动物——犰狳。又如，有一种古代动物，它的身体有大象那么大，从牙齿上看，很象现代啮齿目的动物，从眼睛、耳朵和鼻孔的部位看，很象现代水生的哺乳动物——儒艮和海牛。这些现象使达尔文感到非常惊奇，并且产生了疑问：为什么现代的动物与古代动物十分相似，但又不完全相同呢？为什么现代一些动物的特点会集中在古代某一动物的身上呢？现在的动物是从古代动物发展而来的吗？
第三，达尔文发现加拉帕戈斯群岛虽然与南美洲大陆相隔八九百千米，气候也很不相同，但该群岛的物种都是南美洲类型的；而且，该群岛的大多数物种与南美洲的物种是有一定区别的。通过进一步的研究，达尔文还发现同一物种在该群岛的各个岛上，都是略有差异的。所有这些现象，使达尔文想到物种可能是在不断地变化着。
1836年10月，贝格尔号5年的航行考察结束后，达尔文回到了英国。这时，他不再相信上帝创造万物的观点，认为神创论解决不了他所观察到的事实。经过长期的思考、分析、学习和研究之后，达尔文于1842年写出了长达35页的进化理论的初稿，但他并没有急于发表他的学说，而是在以后的近17年中，不断地增加新的证据，用丰富的事实论证他的理论，并把他的理论系统化。1858年的夏天，达尔文收到一个叫华莱士的年轻人从马来群岛寄来的论文，并要求达尔文给他的论文做出评价。令达尔文吃惊的是，华莱士在野外工作中，通过辛勤的考察和研究，也形成了“生存竞争、适者生存”的进化思想。当年的7月，达尔文将他的自然选择学说的文稿（摘要）连同华莱士的论文一起在林奈学会上发表。1859年，达尔文出版了《物种起源》这一划时代的巨著。在《物种起源》一书中，达尔文根据20多年来积累的资料，以自然选择学说为中心，从遗传、变异、人工选择、生存斗争和适应等方面论证了物种的起源。该书强调自然选择在生物进化中所起的重要作用，给神创论以沉重的打击。《物种起源》是关于生物进化理论的重要著作，是生物学研究历史上的新的里程碑。
