Karol Robert Darwin przyszedł na świat 12 lutego 1809 roku w Shrewsbury. Wychowały go trzy starsze siostry w zastępstwie matki Zuzanny, która zmarła, gdy Karol miał osiem lat. W latach 1818–1825 młody Karol uczył się najpierw w szkole prywatnej, a potem w 1825 r. razem z bratem rozpoczął naukę w szkole medycznej w Edynburgu.
Zgodnie z życzeniem ojca, Roberta Waringa Darwina, dobrze sytuowanego medyka, miał zostać duchownym lub lekarzem. Realia ówczesnego lecznictwa (brak środków znieczulających) ostatecznie zniechęciły młodego Darwina i w 1827 r. zrezygnował ze studiowania medycyny. Krótki okres edynburski był jednak dla Darwina inspiracją dla późniejszych zainteresowań. Szczególnie cenił sobie zajęcia z chemii pod kierunkiem Thomasa Hope’a i z historii naturalnej prowadzone przez Roberta Jamesona. Tam także zetknął się z wyzwolonym niewolnikiem z Indii Zachodnich Johnem Edmonstonem, który nauczył Karola sztuki wypychania ptaków.
Młody przyrodnik
Zainteresowania przyrodnicze zainspirowały młodego Darwina do działalności w studenckim Towarzystwie Pliniuszowym. Tam poznał Roberta Edmonda Granta (1793–1874), doktora nauk medycznych, anatomistę i zoologa. Grant znany był z głoszenia ewolucjonistycznych poglądów. Był też zwolennikiem i propagatorem francuskiej szkoły anatomii rozwojowej.
I to on wprowadził młodego Karola w kręgi naukowe Edynburga, a także rozbudził w nim zainteresowania w temacie przekształcania się gatunków i zainspirował go do przeczytania dzieła francuskiego przyrodnika Jeana Baptisty de Lamarcka (1744–1829) pt. „System zwierząt bezkręgowych” (1801 r.).
Wtedy właśnie Darwin zetknął się z pojęciem „transmutacjonizmu”, czyli przekształcania się gatunków (wczesna teoria ewolucji – lamarkizm). Później Karol Darwin stwierdził, że w okresie edynburskim stał się początkującym ewolucjonistą. Mimo niechętnego nastawienia ojca marzącego o wygodnej dla syna karierze duchownego Karol rozpoczął studia w Christ College na Uniwersytecie Cambridge. Dzięki studiom mógł tam zdobyć stopień naukowy, który uprawniał go do ubiegania się o święcenia kapłańskie w Kościele anglikańskim.