Interrompe o curso para estudar teologia em Cambridge, a pedido do pai. Mas não desiste da ciência. Graças à amizade com cientistas conceituados, participa como naturalista, em 1831, de uma expedição de volta ao mundo no navio Beagle. A viagem, promovida pela Marinha inglesa para completar dados cartográficos de seu interesse, dura cerca de cinco anos.
No decorrer da viagem, obtém informações fundamentais para formular a Teoria da Evolução das Espécies. Publicada em 1859 no livro A Origem das Espécies, ela defende a tese de que o meio ambiente seleciona os seres mais aptos e elimina os menos dotados.
Seguindo a própria teoria, provoca polêmica com a Igreja ao lançar a obra A Descendência do Homem, em que expõe a ideia de que o ser humano descende do macaco. Os conservadores são os que mais protestam contra ela, por não admitirem que os ancestrais da espécie humana sejam animais. Morre em Down e, por solicitação do Parlamento britânico, é enterrado na Abadia de Westminste.