Чарлз Дарвин родился 12 февраля 1809 года в Шрусбери, графство Шропшир, в родовом имении Маунт Хаус. Пятый из шести детей состоятельного врача и финансиста Роберта Дарвина и Сьюзанн Дарвин, урождённой Уэджвуд. Он является внуком учёного-натуралиста Эразма Дарвина по отцовской линии и художника Джозайи Уэджвуда по материнской. Оба семейства в значительной части принимали унитарианство, однако Уэджвуд были прихожанами англиканской церкви. Сам Роберт Дарвин был достаточно свободных взглядов, и согласился с тем, чтобы маленький Чарлз получил причастие в Англиканской церкви, но в то же время Чарлз и его братья вместе с матерью посещали Унитарианскую церковь. К тому времени как он поступил в дневную школу в 1817 году, восьмилетний Дарвин уже приобщился к естественной истории и коллекционированию. В этом году, в июле, умирает его мать. С сентября 1818 года он вместе со старшим братом Эразмом поступает на пансион в ближайшую англиканскую Школу Шрюсбери. Перед тем как отправиться со своим братом Эразмом в университет Эдинбурга, летом 1825 года, он выступает в роли ассистента-ученика и помогает отцу в его медицинской практике, оказывая помощь беднякам Шропшира.
В Эдинбургском университете Дарвин изучал медицину. Во время обучения он понял, что лекции скучны, а хирургия причиняет страдания, поэтому он забрасывает обучение медицине. Вместо этого он начинает изучать таксидермию у Джона Эдмонстоуна (англ.)русск., освобожденного чёрного раба, который получил свой опыт, сопровождая Чарльза Уотертона (англ.)русск. во время экспедиции в дождевые леса Южной Америки, и часто отзывался о нём, говоря: «очень приятный и эрудированный человек».
В 1826 году, будучи студентом кабинета естественной истории, он присоединился к Плиниевскому студенческому обществу, в котором активно обсуждался радикальный материализм. В это время он ассистирует Роберту Эдмонду Гранту в его исследованиях анатомии и жизненного цикла морских беспозвоночных. На заседаниях общества, в марте 1827 года, Дарвин представляет краткие сообщения о своих первых открытиях, которые меняли его взгляд на привычные вещи. В частности он показал, что так называемые яйца мшанки Flustra обладают способностью самостоятельно двигаться при помощи ресничек и в действительности являются личинками; также он замечает, что маленькие шаровидные тела, которые считались молодыми стадиями водоросли Fucus loreus, представляют собою яйцевые коконы хоботной пиявки Pontobdella muricata. Однажды, в присутствии Дарвина, Грант восхвалял эволюционные идеи Ламарка. Дарвин был изумлён этой восторженной речью, но сохранил молчание. Незадолго до этого он почерпнул сходные идеи у своего деда — Эразма, прочтя его «Зоономию», и поэтому уже был в курсе противоречий этой теории. В течение второго года пребывания в Эдинбурге Дарвин посещает курс естественной истории Роберта Джемсона, который охватывал геологию, включая полемику между нептунистами и плутонистами. Однако тогда Дарвин не испытывал страсти к геологическим наукам, хотя получил достаточную подготовку, чтобы разумно судить об этом предмете. В тот же год он изучил классификацию растений и принимал участие в работе с обширными коллекциями в Университетском музее, одном из крупнейших музеев Европы того периода.
Отец Дарвина узнав, что сын забросил обучение медицине, был раздосадован и предложил ему поступить в колледж Христа Кембриджского университета и получить сан священника Англиканской церкви. По словам самого Дарвина, дни, проведённые в Эдинбурге, посеяли в нём сомнения в догматах англиканской церкви. В это время он старательно читает богословские книги, и в конечном счёте убеждает себя в приемлемости церковных догматов и готовится к поступлению. Во время учёбы в Эдинбурге он забыл некоторые предметы, необходимые для поступления, и поэтому он занимается с частным преподавателем в Шрюсбери и поступает в Кембридж после рождественских каникул, в самом начале 1828 года. По собственным словам, он не слишком углубился в обучение, посвящая больше времени верховой езде, стрельбе из ружья и охоте (благо посещение лекций было делом добровольным). Его кузен Уильям Фокс познакомил его с энтомологией и сблизил с людьми, увлекающимися коллекционированием насекомых. В результате у него просыпается страсть к коллекционированию жуков. Сам же Дарвин в подтверждение своего увлечения приводит следующую историю: «Однажды, сдирая с дерева кусок старой коры, я увидел двух редких жуков и схватил каждой рукой по одному из них, но тут я увидел третьего, какого-то нового рода, которого я никак не в состоянии был упустить, и я сунул того жука, которого держал в правой руке, в рот. Увы! Он выпустил какую-то чрезвычайно едкую жидкость, которая так обожгла мне язык, что я вынужден был выплюнуть жука, и я потерял его, так же как и третьего». Некоторые из его находок были опубликованы в книге Стивенса «Иллюстрации британской энтомологии» англ. «Illustrations of British entomology».
Он становится близким другом и последователем профессора ботаники Джона Стивенса Генслоу. Благодаря знакомству с Генслоу он познакомился и с другими ведущими натуралистами, становясь известным в их кругах как «Тот, который гуляет с Генслоу». Когда приблизились экзамены, Дарвин сосредоточился на учёбе. В это время он читает «Доказательство Христианства» Уильяма Пэйли, чей язык и изложение восхищают Дарвина. В заключении обучения, в январе 1831 года, Дарвин хорошо продвинулся в теологии, изучил классиков литературы, математику и физику, в итоге стал 10-м в списке из 178 успешно сдавших экзамен.
Ему приносят письмо от Генслоу, в котором тот рекомендовал Дарвина как подходящего человека на неоплачиваемую должность натуралиста капитану «Бигля», Роберту Фицрою, под чьим командованием через четыре недели должна начаться экспедиция к берегам Южной Америки. Дарвин готов был тут же принять предложение, однако его отец возражал против такого рода приключения, поскольку считал, что двухлетний вояж — это не что иное, как трата времени впустую. Но своевременное вмешательство дяди Чарлза Джозайи Веджвуда II склоняет отца дать согласие. За время путешествия Дарвин побывал на острове Тенерифе, островах Зелёного Мыса, побережье Бразилии, в Аргентине, Уругвае, на Огненной Земле, в Тасмании и на Кокосовых островах, откуда привёз большое количество наблюдений. Результаты он изложил в трудах «Дневник изысканий натуралиста», «Зоология путешествия на корабле „Бигль“», «Строение и распределение коралловых рифов» и др. Одним из интересных природных явлений, впервые описанных Дарвином в научной литературе, были ледяные кристаллы особой формы пенитентес, образующиеся на поверхности ледников в Андах.
В 1838—1841 гг. Дарвин был секретарём Лондонского геологического общества. В 1839 году женился, а в 1842-м супруги переехали из Лондона в Даун (графство Кент), где стали жить постоянно. Здесь Дарвин вёл уединённую и размеренную жизнь учёного и писателя.
