當一個人了解他越多，就越發認為他是一個科學家的理想體現。
——赫胥黎
與哥白尼、牛頓和愛因斯坦一道，達爾文是為數不多的給我們的思考方式帶來革命的科學家。在他之前，「上帝造物說"被奉為真理；在他之後，對宗教的質疑層出不窮，關於宇宙及人類在宇宙中地位的學說層出不窮。人類思考自我的方式因為他而極大地改變了。孩提時代的達爾文安靜而謙遜，著迷於收集礦石、硬幣和鳥蛋。
經歷了平淡的學校生活後，他被送往愛丁堡學習藥學。他頗排斥屍體解剖，沒拿到學位就退學了。但他萌生了對自然歷史和地質學的興趣，並將之帶到了劍橋大學。
1831年，達爾文畢業後，他的植物學教授推薦他作為英國海軍「小獵犬」號上的義務自然學家，參與為期五年的全球科考航行。達爾文乘坐「小獵犬」號環繞南美海岸，穿越太平洋至大洋洲，然後到達南非，最後返回英國。這次經歷讓他領略到了地球上生物的多樣性以及它們之間的異同。
在航行中，達爾文閱讀了查爾斯·萊爾的革命性著作《地質學原理》（Principle of Geology）。該書認為地質構造是長期緩慢發展過程的產物。這種「均變論」與當時正統的「災變說」格格不入。後者認為地質構造是在相對較短的時間內瞬間發生的猛烈的大變動的結果，這種說法符合教會主張，即如《創世紀》所述，地球是不久前被創造的。科考中的達爾文收集到了更多支持萊爾理論的證據，包括埋藏在12000英尺（約3700米）的高山巖層中的化石。
當達爾文到達位於南美西海岸的加拉帕戈斯群島時，一種對自然界的新認識開始在他腦海中成型。他注意到美洲蛇，這種生活在南美大草原上沒有飛行能力的大型鳥類與非洲蛇鳥十分相似，儘管二者顯然是完全不同的物種。他在加拉帕戈斯群島收集到了來自不同島嶼的雀類樣本，它們彼此頗為相似卻仍有細微不同。回到家中，進一步的研究證實了不同島嶼上的雀類確實屬於不同種類。達爾文認識到它們一定有著共同的祖先，但經歷了長期的演變。
雖未被廣泛接受，但進化理論並非新觀點。達爾文的祖父伊拉茲馬斯就持有該種觀點，法國科學家讓-巴普蒂斯特·拉馬克（1744-1829年）亦持此觀點，即物種通過遺傳已習得的特質，在漫長的時間裡實現進化。達爾文逐漸認識到，動物和植物為了生存會隨時間的推移逐漸適應棲息地的改變，若地理差異存在的時間足夠長，那麼這些適應性改變就會變得明顯，一如南美蛇就逐漸變成了與其近親非洲蛇鳥完全不同的種類。
1838年，在閱讀了託馬斯·馬爾薩斯的《人口原理》後，達爾文取得了重大突破。《人口原理》主張人口增長會受到食物供給、疾病或戰爭的限制。達爾文認識到，他在動物身上所看到的變異或適應性改變均為「生存的鬥爭」的結果，擁有或遺傳了更加適應生存環境特性的個體更容易繁殖，從而將該特性遺傳給下一代。他將這一過程稱為「自然選擇"。
這是一個非常簡單的概念，但卻有很強的說服力。從19世紀30年代至50年代，達爾文一直在收集證據，不願將其理論公之於眾，因其意識到這一理論將會給宗教信仰以及以道德和目的論為主導的世界觀帶來毀滅性的影響。
達爾文焦慮不已，困擾其一生的身心疾病讓他越發痛苦。1858年，他收到了一封來自年輕的自然學家阿爾弗雷德·拉塞爾·華萊士的信。華萊士已經獨立地形成了自然選擇的觀點。1859年7月1日，達爾文和華萊士在倫敦林奈學會發表了聯名論文。同年11月，達爾文發表了《物種起源》。這無疑對長期以來為世人所普遍接受的觀點造成了巨大的衝擊。
任何憑理智思考的人都發現這一理論幾乎無法反駁，無論是論據本身的可信度還是論據的數量，均無可置疑。英國教會竭盡全力回擊這一觀點，但收效甚微。丁尼生所預見的「腥牙血爪的自然」代替了「萬物皆光明美好，大小皆為神之造物」的自然。
達爾文的觀點顯然暗含了人和猿共祖的命題。他於1871年在其備受期待的《人類的由來》（eeDescent of Man）中明示了這一點。人類從此不再是接受上帝旨意、高於萬物的地球管理者，而只是萬物中的一種。達爾文留給我們一個慘澹的世界觀，但同時它更加理智、誠實，並向我們展現了在達爾文式的宇宙中尚存更多奇妙與奧秘。