达尔文于1809年2月12日出生于英国塞文河滨的希鲁兹伯里市，祖父和父亲都是当地有名的医生。
他从小就对大自然有着强烈而广泛的兴趣，童年时常常偎依在母亲的膝边，听她讲述怎样根据花瓣和花蕊的形状识别花卉。
有一次，他把一朵美丽的花带到学校里去，向小伙伴们夸耀母亲对他的传授。
他也常常一个人钻进树林子里观察鸟儿的生活习惯，一看就是半天，经常忘了吃饭。他有的时候会采集鸟蛋作为标本，但每次都在每个窝里只拿走一个，决不会多拿。他还喜欢骑马、钓鱼、打猎，以及收集一些奇怪的矿物、贝壳和硬币。
岁时，达尔文开始上学。但他不喜爱所学的功课，而是喜欢那些小动物、植物之类，校长曾经公开批评他是个"不务正业的人"，他的父亲也很生气，有一次还当面斥骂他，说他关心的只是打猎、玩狗、捉老鼠，这样下去会让全家蒙受耻辱。
他的父亲希望他能子承父业，便设法把他送进爱丁堡大学医学系。但他不忍目睹病人的痛苦，不愿意做一个医生，功课学得一塌糊涂，父亲只好把他转往剑桥大学神学系。
在剑桥，他也不喜欢听课堂上那些枯燥的说教，而是喜欢玩弄自己心爱的甲虫，只在在临近考试时，才翻书温习一下，因此每到考试的时候，他都很担心，常大发牢骚："鬼才知道等待我这个懒虫和昆虫学家的会是什么。"不过成绩总算还好。在剑桥大学3年的生活中，他同许多昆虫学家、地质学家、博物学家等人都有来往，其中对他影响最大的是当时一位植物学教授亨罗斯。亨罗斯通晓植物学、昆虫学、化学、矿物学以及地质学，不仅课讲得好，还常带学生们到野外实际考察。
达尔文学的虽不是自然科学，但常去旁听亨罗斯的课，并且跟他一起做长时间地散步，请教实际知识。日子长了，人们都把他称作"跟亨罗斯一道散步的那个人"。
亨罗斯认为达尔文很有潜力，想精心培养他。在达尔文将要毕业的时候，亨罗斯把他推荐给一位地质学家，让他随同这位地质学家到威尔士去做一次野外考察。
在这次旅行考察中，他学会了发掘和鉴定化石，学会了整理和分析科学调查材料，并且总结出一条十分有益的经验：某些现象倘若不注意观察，即使它是明显的，也极容易被忽略掉。
贝格尔号航行年，达尔文从剑桥毕业，完全可以进教会当一名待遇优厚的牧师，但事斯罗教授的一封信改变了他的命运。信上说。英国政府将派出一艘名叫贝格尔号的军舰，作环球航行，舰长需要一位自然科学家随舰同往。亨罗斯教授认为这是一次难得的机会，可以有充分条件，去观察、研究任何值得注意的自然现象和搜集科学资料，极力推荐他去。对于渴望到大自然更广阔天地做旅行考察的达尔文来说，真是天赐良机，他的心一下子飞到了浩瀚无边的海洋，飞到了满是奇花异草、珍禽怪兽的陆地和岛屿。但他父亲认为这样一个狂妄的计划，会使未来的牧师名誉扫地，于是激烈地反对。但他得到受到父亲敬重的舅舅的大力支持，舅舅的一条重要理由是：如果达尔文真的具有伟大的好奇心，那么，这次航行将为他提供一个难得的、可以观察各种人、物的机会。
达尔文的旅行计划，也得到了表姐爱玛的热情支持。爱玛只比他大10个月，从孩提时代起，两个人就是知心朋友，不管是多复杂、多微妙的事，他们都能倾心相谈。这么多年了，只要遇到有可能受父母责罚的事情，他们总是互相为对方掩饰。他们在一起散步、爬山、划船、钓鱼甚至打猎。达尔文特别爱听她的声音，这声音平静而安详，既没有焦虑，又没有紧张。她身材丰满，皮肤红润，胸脯匀称而饱满，双腿细长。得知达尔文能去环球旅行，爱玛心里很高兴，虽然她自己必须留在家里。有一次，他们手拉着手沿着湖边悠闲地散步，达尔文脸上放着光彩，感觉正在环游世界的船上航行呢，爱玛脸上同样也闪着兴奋的光芒，耐心嘱咐达尔文多写信回来，她会想他的。但出于少女的矜持，她没有表达自己的心意。
在舅舅的支持下，达尔文登上了贝格尔号舰。为了旅行，他搬仪器、买枪支、整理行装，做了3个多月的准备工作。这时期，他确认自己患有心脏病，身体一直不太好。但他不肯让医生作检查，因为他怕医生将会做出"不宜航海"的诊断，因为他已决定不顾一切去参加这次航海了。
12月27日，贝格尔舰正式出海，向着南美洲方向航行。中间斜穿过大西洋，经过佛得角群岛，抵达巴西的巴伊亚，在那里对南美东西海岸、岛屿及部分内陆作了3年半时间的测量考察。后来驶往东太平洋的加拉帕戈斯群岛，然后横渡太平洋，越过印度洋，驶过南非好望角，回到英国的洁耳默思港，完成了它的环球航行，时间正好4年零10个月。
这将近5年的海洋航行和陆上考察，条件的艰苦不是一般人能忍受的。达尔文在启航时还不到22岁，身体瘦弱，书生气十足，但却忍受了晕船的痛苦、疾病的折磨，经历了大地震的危险，以及冰雹和风暴的袭击。热带的烈日把他的皮肤烤得干裂，毒蚊把他的手臂叮得发肿。当贝格尔舰上所有人都因为没有淡水喝而生命垂危时，达尔文挣扎着和另一名水手千辛万苦寻找水源，为了探溯阿根廷境内圣克鲁斯河的发源地，他也一样跟水手们一起步行，艰难地拖船逆流而上……但是，这些困难都没有把达尔文吓退。他在给家里和爱玛的信中说，如果他在这次航行中半途而废，他在坟墓中也不会安宁的。
他细心观察的同时，还积极采集标本，挖掘化石，作认真而又洋细的记录。千姿百态的古怪化石，品类繁多的昆虫，葱翠妩媚的奇花异草，各种各样的珍禽异兽，常常令他惊喜万分，也令他迷惑不解。他惊奇地发现：南北美洲自北币南，同类生物的形状却渐渐不同，好些生物化石竟集中了好几种生物的特征，加拉帕戈斯岛上大多数生物虽然总体具有南美大陆的特征，但各个小岛上的同种生物之间又存在差异。他断定：新物种不是上帝创造的；旧物种也不是不可改变的。物种完全可以由于环境的不同而发生变化。
贝格尔舰的航行，使达尔文形成了物种可变信念，并在地质学上有重大建树，后来他曾意味深长地称"这次航行是我一生中极其重要的一件事，它决定了我的整个事业"。
《物种起源》出版达尔文回到英国后，受到全家的热烈欢迎。几个姐姐以及父亲达尔文医生都想竭力忍住久别重逢时激动的泪水，但是没有一个人成功。由于亨罗斯教授把达尔文给他的信摘录了一部分拿去发表，有些拿到皇家地质学会上宣读，所以当达尔文回国时，他已经享有盛名了。父亲对他的成就很高兴，认为他5年的旅行和考察工作相当于在剑桥的最高学位，并且支持他继续研究下去，直到出成果。