El pensamiento evolucionista o transformista, la concepción de que las especies cambian a lo largo del tiempo, tiene sus orígenes en la antigüedad, en las ideas de los griegos, romanos, chinos y musulmanes. Sin embargo, hasta el siglo XVIII, el pensamiento biológico occidental estaba dominado por el esencialismo, la idea de que las formas de vida permanecen inmutables. Esta idea comenzó a cambiar, durante la Ilustración, una vez que la cosmología evolutiva y la filosofía mecánica se extendieron de las ciencias físicas a la historia natural. Los propios naturalistas comenzaron a concentrarse en la variabilidad de las especies; el surgimiento de la paleontología con el concepto de extinción, minó aun más la concepción estática de la naturaleza. A principios del siglo XIX, Jean-Baptiste Lamarck postuló su teoría de la transmutación de las especies, que fue la primera teoría científica de la evolución completamente formada.
En 1858, Charles Darwin y Alfred Russel Wallace publicaron una nueva teoría evolutiva, que fue explicada en detalle en la obra de Darwin El origen de las especies (1859). A diferencia de Lamarck, Darwin proponía la idea de una ascendencia común y un árbol de la vida compuesto por muchas ramificaciones. Esta teoría se basaba en la idea de la selección natural y sintetizaba una gran variedad de hallazgos en varias disciplinas como la crianza de animales, la biogeografía, la geología, la morfología y la embriología. El debate en torno a la obra de Darwin llevó a la rápida aceptación de la evolución, pero el mecanismo que proponía, la selección natural, no fue ampliamente aceptado hasta la década de 1940. La mayoría de biólogos argumentaban que otros factores impulsaban la evolución como la herencia de caracteres adquiridos (neolamarquismo), un impulso innato hacia el cambio (ortogénesis), o grandes mutaciones repentinas (saltacionismo). La síntesis de la selección natural con la genética mendeliana en las décadas de 1920 y 1930 fundaron la nueva disciplina de la genética de poblaciones. Durante las décadas de 1930 y 1940, la genética de poblaciones se integró con otros campos de la biología, resultando en una teoría evolutiva ampliamente aplicable que comprendía gran parte de la biología; la síntesis evolutiva moderna.
Tras el establecimiento de la biología evolutiva, los estudios de las mutaciones y las variaciones en poblaciones naturales, en combinación con la biogeografía y la sistemática, condujeron a sofisticados modelos evolutivos matemáticos y causales. Asimismo, se mantuvieron vigentes los movimientos y corrientes creacionistas que rechazaron la selección natural y mantuvieron la idea del diseño inteligente, según la cual el hombre y el universo fueron creados ya sea por uno o varios entes divinos. La paleontología y la anatomía comparada permitieron reconstrucciones más detalladas de la historia de la vida. Tras la aparición de la genética molecular en la década de 1950, se desarrolló el campo de la evolución molecular, basado en secuencias proteicas y pruebas inmunológicas, incorporando más tarde estudios del ARN y del ADN. La visión genocéntrica de la evolución se hizo prominente en la década de 1960, seguida por la teoría neutralista de la evolución molecular, acalorando los debates sobre el adaptacionismo, las unidades de selección y la importancia relativa de la deriva genética y de la selección natural. A finales del siglo XX, la secuenciación de ADN condujo a la filogenia molecular y la reorganización del árbol de la vida en el sistema de tres dominios. Asimismo, los factores recientemente reconocidos de la simbiogénesis y la transferencia horizontal de genes introdujeron aún más complejidad a la historia evolutiva.
