查理在巴特勒爾學校的表現令他父親很不滿意，有一次，父親嚴厲地對兒子說：「你在學校就知道玩這玩那，這樣下去你還有什麼出息，還會連累我們全家蒙受恥辱。」就這樣，他父親讓他提前退學了。
1825年10月，父親作出決定，讓查理學哥哥伊拉斯穆斯，去上蘇格蘭的愛丁堡大學，那時他哥哥已經在這裡學習一年了。
他父親的這一決定可能和查理的表現有關。這年夏天，查理對行醫產生了興趣。早些時候，查理在施魯斯伯裡開始給一些病人——主要是婦女和兒童看病。他把每個病人的情況都記錄下來，然後問父親該怎麼做，父親告訴他怎樣作檢查，怎樣下藥。然後，由查理自己配製治病的藥。查理有時會同時接診十來個病人。父親發覺查理也有博得病人信任的能力。於是，他把兒子送進愛丁堡大學醫學系，是希望兒子將來成為一個高明的醫生。
達爾文來到愛丁堡大學後，兄弟倆租了一處房子，裡面有三個房間，一間做客廳，另兩個明亮的房間做臥室。查理的入學手續辦完後，選修了這些科目：醫學、化學、解剖學、臨床課和外科學。他辦了皇家醫院實習證和大學圖書證，他和哥哥以後沒事的時候經常來圖書館看書。
上了幾天課之後，這裡的授課情況令他很失望，所有的課他感覺都很枯燥無味，特別是醫學課，他經常批評這門課的授課者鄧肯。在自傳裡他寫過這樣的話：「一想起在冬季早晨八點鐘開始的腦膜治療課，至今還有些可怕。」亞歷山大·門羅講授的是人體解剖學，巧的是他的父親和祖父以前也在這個學校講授這門課程，但他遠沒有自己的爺爺和父親講得好。對自己沒有學好解剖學，達爾文後來頗為感慨地說：「他講授的人體解剖，同他本人一樣，也是枯燥無味的，因此這一門課程使我感到厭惡。」如果這門課程學好，對他會有很大的好處。不過，達爾文經常到醫院門診，去那裡實習。還有一門外科，他也沒有學好；他自己後來說，自己曾參加過兩次危險的手術，但沒等手術做完就跑掉了，手術是痛苦的，因為這時還沒有使用哥羅芳——一種麻醉劑，那場面他實在不忍看下去。但是，他也有喜歡的課程，霍普的化學課他就很喜歡聽。
達爾文在大學的第二年又選了產科學、物理實驗和自然史這三門課。他前兩門課學的怎麼樣，我們無從知曉；不過，我們已經知道他很早就對自然史這門課產生了興趣。當時，歲伯特·詹姆遜教授在愛丁堡大學講授自然史。這門專業課含兩個部分，一是動物學，另一部分是地質學。詹姆遜的研究方向主要包括礦物學、海洋動物學和鳥類這三個方面。此外，詹姆遜教授還經常在一些學術雜誌上發表論文。為了保存一些上等的搜集品，他在大學裡建立了一個非常好的自然史博物館，這個博物館僅次於倫敦英國博物館，當時被認為是第二個英國博物館。詹姆遜對地質學的看法，和著名的岩石水成論者魏爾納是一樣的，這樣的論點不禁過時了而且是極端的。
詹姆遜憑著自己對這門課程的興趣和他對自己所領導的這個博物館的興趣，博得了當時人們的尊敬。但就算是詹姆遜這樣的課程，達爾文也沒什麼興趣去學。他曾說過，大學的許多課程都很枯燥無味，當然，除了地質方面的內容，詹姆遜講授的其他自然史方面的內容，達爾文還是聽的。這是因為，達爾文這樣說過：「這些課程對我所產生的唯一作用，就是保證我一生決不再讀一本地質方面的書，決不研究這門科學。」不過，他後來並沒遵守這個保證，還是研究了這門學科。
但他不喜歡這些課，並不能說明他對自然科學失去了興趣。只不過，他用另一種方式來表示自己對自然科學的興趣。他常常去教學樓裡的博物館，裡面有兩位在那裡工作的年輕大博物學家，他和他們成了朋友。其中一位就是羅伯特·格蘭特博士，他在1814年獲得愛丁堡醫學博士學位，現在也才三十三歲，這個年齡正是從事科學活動的最佳時期。1815∼1820年，他一直在歐洲的其他大學裡研究醫學和自然科學。在歐洲學習的那段時間，他四處尋師訪友，最後跟隨拉馬克教授學習了無脊椎動物學，拉馬克在1809年出版了自己的進化論著作《動物學哲學》，很快，格蘭特從拉馬克那裡學會了很多東西。1820年，格蘭特回到愛丁堡。之後，他通過實地考察幾個沿海地區，寫出了大量關於無脊椎動物學的論文。
達爾文經常和這位年輕的博物學家一起出去遊覽，達爾文幫這個精力充沛的人收集動物，而他自己也學著研究，學習如何解剖這些動物。他與格蘭特博士一起對魚做瞭解剖，全面研究了魚的內部器官，包括心臟和心瓣。通過一段時間的相處，達爾文發現格蘭特表面上看起來很冷淡，但實際上，他是一個熱心的人。
有一次，兩人一起遊覽時，格蘭特高興地和達爾文聊一些自然史上的事，達爾文好奇地傾聽著他談論進化論的觀點。格蘭特對這些觀點很迷戀，但當時的達爾文，對這些觀點並沒有留下什麼印象。達爾文的祖父伊拉斯穆斯·達爾文寫過《動物生物學》和其他一些著作，裡面都有提到進化論觀點，所以達爾文對此並不陌生。不過，這些純理論的觀點並沒有讓上大學時的他產生多大的興趣，對生物界的考察和對動物機體的研究依然是他最大的興趣。
在紐愛文尼生活著一些漁民，達爾文和他們一起用采捕機從河底捉牡蠣。除了牡蠣，還能捉到其他的動物。達爾文對這些動物，進行了研究並做了筆記。其中，他描述了某些軟體動物的產卵及幼蟲情況，還附帶提及了珊瑚蟲和海鰓。
維利亞姆·馬克·吉利弗雷是年輕的達爾文在愛丁堡結交的第二個青年科學家，他比達爾文大十三歲。他研究一些軟體動物，還特別研究了鳥類，並發表了相關方面令他聲名鵲起的著作。之後，他還出版了一部論述蘇格蘭鳥類的巨著。他和達爾文一起的時候，自然史中的各種問題是他們經常談到的話題。此外，他還送給達爾文幾個罕見的海貝。得知達爾文對搜集鳥類和觀察鳥類很有興趣，他很支持。
這段時間，達爾文還認識了一個鳥類學家，他叫沃捷爾通，是個黑人，達爾文經常向他學習製作鳥類的標本。沒事的時候，達爾文常常跑到這個黑人那裡，達爾文覺得他知識淵博，只要和他在一起，達爾文就覺得高興。
通過以上幾點可以看出，達爾文對鳥類學具有濃厚的興趣。
達爾文在愛丁堡大學的第二學年，他參加了普利尼學生自然史學會的工作。在這裡，他認識了一些熱愛自然科學的同學，並和他們交上了朋友。1823年，在詹姆遜教授的倡議下，創立了該學會，格蘭特任學會秘書。在愛丁堡大學的學院地下室裡，學會會員們每星期二都要在這裡集會，一起研究自然科學方面的事。雖然學會會員有不少人，但是經常去開會的只有二十來人。1826年11月28日，達爾文被選為學會委員，沒過幾天，在評選五個學會理事會成員時，達爾文順利入選。從此事可以看出，在當時同學的眼中，他是一個對自然史極為感興趣的人，是一個自然史的忠實愛好者。我曾看過保存下來的學會記錄，查理·達爾文擔任學會委員的時候，在幾個月中舉行的十九次會議裡他只缺席了一次。他經常在會上發言，和持不同點的人辯論。例如，關於自然分類問題和種類特徵問題，他就曾在會上發過言。
1827年3月27日，在普利尼學會上，達爾文就自己的兩項關於觀察海生動物的發現作了報告。
首先，他認為苔蘚動物的卵子原來是一個周圍佈滿了許多顫動纖毛的幼蟲。之所以這樣認為，是因為他在苔蘚動物卵上發現有纖毛。
其次，以前一種黑色的小球狀體被當做藻類植物的發育階段，實際上，他發現這只是一種卵膠囊或者是水蛭產卵的卵袋。這種水蛭靠捕食其他生物為生，經常停留在海底的那些平坦的斜坡上。學會在聽完達爾文的觀點後，希望他把這些觀點整理出來，最好能用實物說明他所論述的問題。
達爾文在下一次會議上，展示了一個帶有卵袋、卵子和幼蟲和水蛭標本，並用了四頁半的篇幅來論述這些發現。
達爾文提出這些觀點後，羅伯特·格蘭特就開始對此進行實驗研究。看來，格蘭特很注重這些發現，他不僅進行了實體研究，還使用了一些圖畫和實驗標本來加以說明。所以，在愛丁堡魏爾納學會，他作了關於這些發現的報告，比達爾文的報告還要詳細，並寫了一篇專業論文刊登在1827年7月份的《愛丁堡科學雜誌》上。他在文中說，發現這些觀點應該歸功於我年輕的朋友——查理·達爾文先生。
普利尼學會主席團中有許多年輕人，達爾文與他們經常聯繫。
有時候，格蘭特也會帶著達爾文去參加魏爾納學會的會議。在這些會議上，達爾文有幸聽到了美國奧吉本的發言。這位鳥類學家作了一個關於北美鳥類習性的報告。除此之外，達爾文也經常參加如「皇家醫學會」和「愛丁堡皇家學會」等其他一些學會，它們雖然不全是自然科學類的學會，但年輕的達爾文顯然很想涉獵一些別的學科。
1826年和1827年這兩年的暑假，達爾文的日子很充實，也很快樂。在這期間，他旅行、打獵或訪問他舅舅維茨沃德的莊園。有一次，沿著北威爾士，達爾文同兩個朋友徒步遊玩了一趟，一天要走好幾十公里。直到現在，這一項運動仍有意義，一些旅行家經常做這樣的運動。還有一次，沿著北威爾士，他同妹妹一起去騎馬旅行。
對達爾文來說，到舅舅喬賽亞·維茨沃德的梅爾莊園去旅行，是一件很令他神往的事情。因為他愈來愈喜歡打獵，而在莊園裡就可以打獵。梅爾莊園在小湖岸邊，一幢古式的房屋聳立在那兒，親戚朋友們聚會一般都會選在這兒。這裡的青年們會組織遊客一起遊玩，一起演莎士比亞的《溫莎的風流娘們》。當時的哲學家和歷史學家詹姆斯·麥金托什（曾寫過《英國革命史》）也經常來這裡做客，並在此地舉辦的一些有趣的座談。這些記憶給達爾文留下了很深刻的印象，多年以後，他回想起來還是記憶猶新。那時候，一到夏天，柱廊是他們最喜歡的地方，一家人和來做客的人會坐在柱廊下面的台階上，面對著花壇和小湖，看著綠樹如蔭的平靜湖面，享受從湖面吹過來徐徐涼風。查理很喜歡舅舅，他對舅舅的坦率性格和清晰的頭腦欽佩不已。
兩三年的暑假，達爾文都是在梅爾度過的。據說這裡也是他初戀的地方，他初戀的意中人是他的表姐沙爾洛塔·維茨沃德，她當時年近三十，比達爾文大十來歲，雖然是傳言，但這種說法也許有一定的根據。
達爾文後來娶了艾瑪·維茨沃德，她在1826年11月和1827年5月兩次到歐洲大陸，她去那裡向肖邦學鋼琴。達爾文和表兄弟去巴黎看過她，並和她一塊回家。這次也是達爾文唯一的一次歐洲之行。後來，艾瑪談到達爾文時說：「在演奏時，他看起來像個瘋子。」我們不得不承認，儘管達爾文喜歡音樂，但他缺乏音樂細胞。
年輕的艾瑪舉止大方，一點都不輕浮，是個快樂、活潑和機靈的姑娘。
在愛丁堡大學期間，達爾文的一些必修課並沒有學好，不過，他童年時代培養出來的對自然科學的愛好，在這裡得到了進一步的發展。他考察了分佈在海岸邊的動物群，交了一些年輕的自然科學家朋友，參加了由大學生們組成的普利尼學會，學會了一些研究自然界的新方法，也和其他一些自然史學會做過交流。此外，在暑假的時候，他打獵、遊玩和旅行為他後來成為一個野外的博物學家打下了基礎。