Ввиду длительной болезни и ранней смерти матери наблюдение за воспитанием маленького Чарлза взяли на себя его старшие сестры. В 1818 году он был отдан в частную среднюю школу доктора Батлера в Шрусбери, которая по своему типу напоминала наши дореволюционные классические гимназии: основное внимание отдавалось изучению древних языков (греческого и латинского), древней истории и географии; в небольших размерах преподавалась и элементарная математика, но естествознание, науки о природе не пользовались признанием.
Между тем Чарлз с детства интересовался именно природой: он коллекционировал разные предметы, собирал минералы, птичьи яйца, любил прогулки, увлекался уженьем рыбы, выращивал растения и даже совместно со своим старшим братом Эразмом ставил опыты по химии. Школа, как он сам говорит в своей «Автобиографии», оказалась для него «пустым местом».
В 1825 году Чарлз Дарвин был послан отцом в Эдинбургский университет, где уже учился в то время Эразм и где Чарлз должен был изучать медицину. Однако карьера врача не улыбалась юноше. С гораздо большим увлечением, нежели посещение лекций профессоров-медиков и занятия в клиническом госпитале, он занялся в Эдинбурге изучением морских беспозвоночных животных. Он сблизился с несколькими студентами, которые, как и он, интересовались строением и развитием животных. Все они сообща, под руководством молодых эдинбургских зоологов — преподавателей университета, совершали экскурсии по берегам морского залива, собирая морских беспозвоночных животных и изучая их. Юный Дарвин сделал даже два небольших зоологических открытия, о которых он доложил на заседаниях студенческого естественнонаучного общества. Чарлз посещал также научные доклады, читавшиеся в Эдинбургском королевском обществе, интересовался орнитологией, изучил у негра-чучельщика искусство изготовления чучел птиц и млекопитающих. В Эдинбурге, следовательно, было положено серьезное начало его естественнонаучным интересам и знаниям.
Однако, с точки зрения среднего английского интеллигента, — а именно таким средним интеллигентом был отец Чарлза, доктор Роберт Дарвин, — собирание и изучение червей и насекомых не могло быть профессией, обеспечивающей безбедное существование. Помимо врачебной, с его точки зрения, лишь одна профессия была достойна трудового интеллигента — профессия священника. И он предложил Чарлзу стать священником. Чарлз знал, что священники, особенно сельские, имеют достаточно досуга, позволяющего им заниматься изучением природы или археологии, истории и т. п. Что же касается Библии, Евангелия и христианских догматов, то он не склонен был в то время особенно задумываться над ними, а те^м более оспаривать их. Он согласился с предложением отца и поступил для подготовки к обязанностям священника в «Колледж Христа» Кембриджского университета.
Дарвин обучался в Кембридже с конца 1827 года до середины 1831 года. Раз в год он, засев за богословские учебники, благополучно сдавал экзамены. В остальное же время он по- прежнему увлекался зоологией, в частности собиранием жуков, и довольно много времени отдавал спорту, главным образом верховой езде и охоте на птиц. Как и в Эдинбурге, он сблизился в Кембридже с группой студентов, серьезно увлекавшихся энтомологией. Но особенно глубокое влияние на развитие у Дарвина естественнонаучных интересов оказал выдающийся кембриджский педагог профессор ботаники Генсло, с которым Чарлз сблизился и подружился за годы своего пребывания в Кембридже. Чарлз имел возможность бывать на еженедельных вечерах у Генсло, и здесь он слышал немало научных сообщений и споров на естественнонаучные и философские темы, в которых принимали участие выдающиеся кембриджские ученые. Это оказалось превосходной школой для будущего натуралиста. Если добавить, что за годы, проведенные в Кембридже, Дарвин прочитал много книг по естествознанию, в том числе работы знаменитых ученых того времени — астронома Джона Гершеля и путешественника-ботаника А. Гумбольдта, а также приобрел под руководством все того же Генсло большой экскурсионный опыт, то надо признать, что к моменту окончания университета он обладал уже довольно большим запасом знаний и практического опыта в области зоологии и ботаники.
По-видимому, уже тогда Генсло, опытный и зоркий педагог, понимал, что Дарвина ждет карьера ученого-натуралиста, а не священника. Вероятно, именно поэтому он предложил молодому Дарвину совершить в конце лета 1831 года геологическую экскурсию по горам Уэльса вместе с крупнейшим геологом того времени кембриджским профессором А. Седжвиком, — он считал, что Дарвину необходимо приобрести опыт в полевых геологических исследованиях. Именно после этой экскурсии, вернувшись в самом конце августа домой в Шрусбери, Дарвин нашел письмо от профессоров Генсло и Пикока, которые предлагали ему принять участие в кругосветном путешествии на корабле «Бигль» в качестве натуралиста. Генсло писал ему, что не видит еще в нем вполне законченного натуралиста; но вполне уверен в том, что Дарвин умеет отлично наблюдать, отмечать и собирать все то, что заслуживает быть, отмеченным в природе. Он горячо рекомендовал ему воспользоваться этим предложением, которое представляет собой счастливую и притом крайне редко случающуюся возможность изучить природу, животный и растительный мир Южной Америки, Австралии, Новой Зеландии и островов Атлантического, Тихого и Индийского океанов.