Charles Robert Darwin blev født i Shrewsbury, Shropshire, England den 12. februar 1809 i sin families hjem, the Mount, Han var den femte af seks børn af den rige læge og finansmand Robert Darwin og Susannah Darwin (née Wedgwood). Han var barnebarn af Erasmus Darwin på sin fars side og af Josiah Wedgwood på sin mors side. Begge familier var hovedsageligt unitarister, omend Wedgwooderne var ved at gå over til anglikanismen. Robert Darwin, som selv stiltiende var en fritænker, fik Charles døbt i november 1809 i den anglikanske St Chad's Church (Shrewsbury), men Charles og hans søskende gik i det unitaristiske kapel med deres mor. Den otteårige Charles havde allerede smag for naturhistorie og indsamling af naturmaterialer, da han blev indmeldt i dagskolen ledt af dens præst i 1817. Den juli døde hans mor. Fra september 1818 begyndte han som kostskoleelev i den nærliggende anglikanske Shrewsbury School, hvor hans ældre bror Erasmus også gik.
Darwin var i sommeren 1825 i lære som læge, hvor han hjalp sin far med at behandle de fattige i Shropshire, før han startede på University of Edinburgh Medical School sammen med sin bror Erasmus i oktober 1825. Han fandt forelæsningerne kedelige og kirurgi foruroligende, hvilket fik ham til at forsømme studiet. Han lærte taxidermi af John Edmonstone, en frigivet sort slave som havde ledsaget Charles Waterton i den sydamerikanske regnskov, og sad ofte med denne "meget elskværdige og intelligente mand".
Det er gratis at oprette en konto