Charles Robert Darwin sinh ngày 12 tháng 2 năm 1809 tại Shrewbury, Shropshire, nước Anh. Darwin là con kế út trong gia đình khá giả có sáu người con.ông nội ông là một nhà bác học có những nghiên cứu rất sâu về động vật, thực vật,khoáng chất đồng thời ông là nhà phát minh,nhà triết học,thi sĩ và bác sĩ, còn ông ngoại là người nổi tiếng với phong cách vẽ màu trên đồ gốm hết sức nổi tiếng và độc đáo. Cha ông là bác sĩ và là nhà tài chính tên Robert Darwin, mẹ ông là Susannah Wedgwood. Ngay từ lúc tám tuổi, Charles đã được biết đến lịch sử tự nhiên và sưu tập. tháng 7 năm 1817 mẹ ông qua đời. Từ tháng 9 năm 1818 ông cùng anh trai học ở ngôi trường gần nhà.

Mùa hè năm 1825 Darwin làm bác sĩ tập sự cho cha ông để chữa trị những bệnh nhân nghèo ở Shropshire. Sau đó vào tháng mười ông cùng anh trai đến Đại học Edingburgh. Ông không thích những bài giảng và phẫu thuật nên bỏ bê việc học hành. Ông học việc nhồi xác động vật (taxidermy) từ John Edmonstone, một nô lệ da đen được trả tự do mà ông mô tả là "rất dễ chịu và thông minh".

Năm thứ hai ông tham gia Hội Plinian (Plinian Society), một nhóm sinh viên đam mê lịch sử tự nhiên. Ông giúp Robert Edmund Grant tìm hiểu về giải phẫu và vòng đời của các động vật biển có xương sống. tháng 3 năm 1827 ông trình bày trước Hội Plinian phát hiện của ông về bào tử sống trong vỏ sò thực ra là trứng đĩa (skate leech). Darwin không thích những giờ giảng lịch sử tự nhiên trên lớp vì nó đề cập đến địa lý và tranh luận Neptunism và Plutonism. Ông học cách phân loại thực vật, tham gia sưu tập mẫu vật cho Bảo tàng Đại học - một trong những bảo tàng đồ sộ nhất châu Âu thời này.

Việc ông bỏ vê học hành y khoa làm cha ông nổi giận. Ông bị buộc vào trường Christ’s College, Cambridge để học cử nhân thần học, vì cha ông muốn con trai mình trở thành mục sư Anh giáo và đây là bước đầu để chuẩn bị. Darwin nhập học vào tháng 1 năm 1828. Tuy nhiên, ông thích cưỡi ngựa săn bắn hơn học. Người anh em bà con giới thiệu ông với nhóm sưu tầm bọ. Ông hăng hái tham gia và có vài phát hiện được đăng trên tập Minh Họa Côn Trùng Học của Stevens. Ông là bạn thân đồng thời là môn đệ của giáo sư thực vật John Stevens Henslow. Ông có cơ hội gặp những nhà tự nhiên học hàng đầu khác. Mặc dù lơ là việc học nhưng ông cũng tập trung chăm chỉ khi các kỳ thi đến gần. Trong kỳ thi cuối khóa tháng 1 năm 1831 ông làm bài tốt và đỗ hạng mười trong tổng số 178 sinh viên tốt nghiệp.

Darwin ở Cambridge tới tháng 6 năm đó. Ông học thuyết tự nhiên của Paley - lý thuyết đề cập đến vấn đề thừa kế trong tự nhiên và giải thích thích nghi là tác động của Chúa thông qua những quy luật tự nhiên. Ông đọc cuốn sách mới xuất bản của John Herchel nói về mục đích cao cả nhất của triết học tự nhiên là hiểu những quy luật của nó thông qua lý luận quy nạp dựa trên quan sát. Ông còn đọc cuốn Personal Narrative của Alexander von Humboldt. Với nhiệt huyết muốn cống hiến cho khoa học, Darwin dự định học xong sẽ đến Tenerife cùng bạn bè để nghiên cứu lịch sử tự nhiên vùng nhiệt đới. Để chuẩn bị cho chuyến đi, ông đã theo học lớp địa lý của Adam Sedgwick, sau đó cùng ông này đi lập bản đồ địa tầng ở Wales trong mùa hè. Ông trở về nhà và nhận được thư giới thiệu của Henslow cho vị trí nhà tự nhiên học trên tàu MHS Beagle đi thám hiểm và vẽ bản đồ bờ biển Nam Mỹ. Cha của Darwin lúc đầu phản đối kế hoạch vì ông cho rằng chuyến đi chỉ lãng phí thời gian. Sau đó, em rể ông thuyết phục để Darwin đi và cuối cùng ông cũng chấp nhận.