Отец Чарлза, Роберт Уоринг Дарвин, был преуспевающим врачом с обширной практикой. К своим пациентам он относился чрезвычайно внимательно, и часто между врачом и больными устанавливались очень доверительные и даже дружеские отношения. Успех медицинской практики Роберта Дарвина кажется удивительным, если учесть, что он на протяжении всей своей жизни не выносил вида крови, и даже мысль о необходимости провести операцию вызывала у него отвращение. В молодости Роберт Дарвин ненавидел свою профессию и утверждал, что непременно бросил бы ее, если бы имел другой источник доходов.
Мать великого ученого, Сусанна Дарвин, в девичестве носила фамилию Веджвуд. Ее отец, Джосайя Веджвуд, был потомственным гончаром. Он не только посвятил себя семейному делу, но и сделал в нем целый ряд важных открытий, в основном связанных с использованием новых материалов. Веджвудам принадлежал знаменитый и по сей день керамический завод. Семейства Дарвинов и Веджвудов на протяжении нескольких поколений были связаны между собой матримониальными отношениями. Впоследствии и сам Чарлз Дарвин женился на своей кузине Эмме Веджвуд. Семья Роберта и Сусанны была многодетной: двое сыновей и четыре дочери.
Чарлз Дарвин родился 12 февраля 1809 года в небольшом английском городке Шрусбери. Сам он писал, что ничего не помнит о периоде раннего детства и первое отчетливое воспоминание относится к четырехлетнему возрасту, когда семья ездила на морское побережье. Также Чарлз очень смутно помнил свою мать, которая умерла летом 1817 года.
Незадолго до смерти матери Чарлз начал ходить в частную подготовительную школу своего городка. Еще до этого его начальным образованием занималась старшая сестра Каролина, но, по словам самого Дарвина, эти занятия вряд ли можно было назвать успешными: мальчик был невнимателен и непослушен. Да и в школе Чарлз не стал относиться к учебе лучше. Как писал сам Дарвин, еще до начала учебы в школе у него «отчетливо развился вкус к естественной истории и особенно к собиранию коллекций». Он собирал раковины, печати, монеты, минералы, старался выяснить названия всех встречающихся растений. Эти увлечения отнюдь не помогали Чарлзу достичь успехов в учебе. Сам ученый описывал себя как заурядного сорванца, который воровал, не без некоторой изобретательности, фрукты в соседских садах, сочинял небылицы и с грехом пополам учился в школе. Такого же мнения придерживались и его близкие. Однажды отец в минуту раздражения сказал Чарлзу: «Ты ни о чем не думаешь, кроме охоты, собак и ловли крыс; ты опозоришь себя и всю нашу семью!»
О своем старшем брате, Эразме, Дарвин отзывался очень тепло и высоко оценивал его способности и жизненные интересы. Эразм много читал и хорошо разбирался в литературе, увлекался искусством, занимался химией и интересовался другими естественными науками. До конца своих дней Дарвин сохранил самое теплое отношение и к сестрам.
После годичного обучения в подготовительной школе Чарлз поступил в большую частную школу доктора Батлера в Шрусбери, где учился до 16 лет. Упор в школе делался на изучение синтаксиса, грамматики, греческого и латинского языков. Чарлз, мягко говоря, не был создан для языкознания. Обучение давалось ему с трудом. О школе он отзывался нелицеприятно, но и свои способности и достижения не переоценивал. В автобиографии Дарвин дает подробную характеристику своих склонностей и интересов в школьные годы:
«Восстанавливая в памяти, насколько я в состоянии сделать это, черты моего характера в школьные годы, я нахожу, что единственными моими качествами, которые уже в то время подавали надежду на что-либо хорошее в будущем, были сильно выраженные и разнообразные интересы, большое усердие в осуществлении того, что интересовало меня, и острое чувство удовольствия, которое я испытывал, когда мне становились понятными какие-либо сложные вопросы или предметы. С Евклидом меня познакомил частный учитель, и я отчетливо помню то глубокое удовлетворение, которое доставили мне ясные геометрические доказательства. Так же отчетливо помню я, какое наслаждение мне доставил мой дядя (отец Френсиса Гальтона), объяснив мне устройство нониуса в барометре. Что касается различных интересов, не имеющих отношения к науке, то я любил читать разнообразные книги и часами просиживал за чтением исторических драм Шекспира, причем обычно я располагался в глубокой амбразуре окна старинного здания школы. Читал я также произведения и других поэтов — только что опубликованные тогда поэмы Байрона и Вальтера Скотта и „Времена года“ Томсона.
В ранние годы школьной жизни я зачитывался принадлежавшей одному моему товарищу книгой "Чудеса мироздания" и обсуждал с другими мальчиками достоверность различных сведений, содержавшихся в этой книге; думаю, что она-то впервые и заронила во мне желание совершить путешествие в дальние страны, что в конце концов и осуществилось благодаря моему плаванию на "Бигле". В конце пребывания в школе я стал страстным любителем ружейной охоты, и мне кажется, что едва ли кто-нибудь проявил столько рвения к самому святому делу, сколько я — к стрельбе по птицам. Хорошо помню, как я застрелил первого бекаса, — возбуждение мое было так велико, руки мои так сильно дрожали, что я едва в состоянии был перезарядить ружье. Эта страсть продолжалась долго, и я стал отличным стрелком.
Что касается моих научных интересов, то я продолжал с большим усердием коллекционировать минералы, но делал это совершенно ненаучно, — вся моя забота сводилась только к отыскиванию минералов с новыми названиями, но едва ли я пытался классифицировать их. С некоторым вниманием я, вероятно, наблюдал насекомых, ибо когда в десятилетнем возрасте (в 1819 г.) я провел три недели на взморье в Плас-Эдвардсе в Уэльсе, я был сильно заинтересован и поражен, обнаружив какое-то крупное черно-красного цвета полужесткокрылое насекомое, много бабочек (Zygaena) и какую-то Cicindela, какие не водятся в Шропшире. Я почти настроился на то, чтобы собирать всех насекомых, которых мне удастся найти мертвыми, потому что, посоветовавшись с сестрой, пришел к заключению, что нехорошо убивать насекомых только для того, чтобы составить коллекцию их. Прочитав книгу Уайта «Селборн», я стал с большим удовольствием наблюдать за повадками птиц и даже делал заметки о своих наблюдениях. Помню, что в простоте моей я был поражен тем, почему каждый джентльмен не становится орнитологом.
Когда я заканчивал школу, мой брат усердно занялся химией и устроил в саду, в сарае для рабочих инструментов, неплохую лабораторию с соответствующими аппаратами; он позволил мне помогать ему в качестве служителя при производстве большей части его опытов. Он приготовлял всевозможные газы и многие сложные соединения, и я внимательно прочитал несколько книг по химии, например "Chemical Catechism" Генри и Паркса. Химия сильно заинтересовала меня, и нередко наша работа затягивалась до поздней ночи. Это составило лучшее, что было в образовании, полученном мною в школьные годы, ибо здесь я на практике понял значение экспериментального знания. О том, что мы занимаемся химией, каким-то образом проведали в школе, и так как факт этот был совершенно беспримерным, меня прозвали Газ. Однажды директор школы д-р Батлер сделал мне даже выговор в присутствии всех школьников за то, что я трачу время на такие бесполезные дела, и совершенно несправедливо назвал меня "росо curante" ("легкомысленным"), а так как я не понял, что он имел в виду, то слова эти показались мне ужасным оскорблением».
Когда Чарлзу минуло 16 лет, Роберт Дарвин убедился в бессмысленности дальнейшего обучения сына в школе. Эразм в то время получал медицинское образование в Эдинбургском университете. Доктор Дарвин хотел, чтобы и Чарлз унаследовал его профессию. С этой целью он досрочно забрал сына из школы и отправил в Эдинбург. Дарвин-старший надеялся, что под присмотром Эразма Чарлз возьмется за ум и сможет получить достойное образование. В октябре 1825 года юноша отправился в Эдинбург.