Поворотным пунктом в развитии З., как и всей биологии, явилось создание Ч. Дарвином теории эволюции органического мира (1859), утвердившей исторический взгляд на природу и открывшей основной движущий фактор эволюции — естественный отбор. В свете дарвинизма перед З. встали новые задачи, заключавшиеся в установлении путей и факторов эволюции животного мира. Во 2-й половине 19 в. немецкий учёный Э. Геккель, опираясь на эволюционное учение, закладывает основы филогенетической З. и (почти одновременно с Ф. Мюллером) формулирует биогенетический закон, устанавливающий связь между индивидуальным и историческим развитием животных. На эволюционной основе быстро развивается сравнительная анатомия (в Германии — Р. Видерсхейм, К. Гегенбаур, в Великобритании — Т. Гексли, Э. Рей Ланкестер, во Франции — А. Мильн-Эдвардс, И. Делаж и др.). Возникает сравнительная эволюционная эмбриология, в развитии которой ведущая роль принадлежит русским зоологам (И. И. Мечников, А. О. Ковалевский и др.). В. О. Ковалевский исследованиями по ископаемым копытным создаёт фундамент эволюционной палеонтологии. Быстрыми темпами развиваются систематика, зоогеография (в результате многих крупных сухопутных и морских экспедиций). Начало изучению фауны океанов положила кругосветная английская экспедиция на корабле «Челленджер» (1872—76). Число описанных видов животных всё время увеличивается: в системе Линнея насчитывалось 4208 видов; в 1-й половине 19 в. число это возросло до 48 тыс., в конце 19 в. — превысило 412 тыс. Во 2-й половине 19 в. закладываются основы экологии животных, а также гидробиологии, паразитологии. Во многих странах возникают зоологические общества. Начиная с 1889 периодически созываются Международные зоологические конгрессы (см. Биологические конгрессы международные).
Характерные черты развития З. в 20 в. В течение 20 в. продолжаются фаунистические исследования на суше, в морях и океанах. Число известных науке видов, по сравнению с концом 19 в., возрастает втрое, составляя (по данным разных авторов) 1,2—1,5 млн. Особенно много фаунистике, зоогеографии и систематике дало изучение Мирового океана. В этих исследованиях участвовали десятки экспедиционных судов различных стран. Наибольшее значение в 50—60-х гг. 20 в. имели экспедиции советского судна «Витязь» и датского судна «Галатея». С работами «Витязя» связано крупное открытие — описание А. В. Ивановым нескольких десятков видов животных нового типа, названных погонофорами, «Галатея» нашла в восточной части Тихого океана примитивных моллюсков неопилин, описанных датскими зоологами Г. Лемхе и К. Вингстрандом и относящихся к классу моноплакофор, известному ранее лишь в ископаемом состоянии. У юго-восточных берегов Африки была поймана (1938) кистепёрая рыба латимерия, описанная английским учёным Д. Смитом. До того времени кистепёрые рыбы были известны лишь в ископаемом состоянии из палеозойских и мезозойских отложений.
Продолжается работа по перестройке и усовершенствованию системы животного мира. На основе сравнительно-анатомических и эмбриологических исследований значительно возросло число высших таксонов — типов и классов. Если Кювье различал 4 типа, то в современных системах их много больше. Например, советский зоолог В. Н. Беклемишев в «Основах сравнительной анатомии беспозвоночных» (3 изд., т. 1—2, 1964) выделил 16 типов. Большое значение в систематике животных имеет проблема вида, разрабатываемая в последние десятилетия особенно энергично в связи с её не только теоретическим, но и практическим значением. Важное место в этих исследованиях занимает изучение популяций как формы существования вида и элементарной единицы, в недрах которой начинается видообразование. Вопросы внутривидовой систематики непосредственно соприкасаются с популяционной генетикой и эволюционной экологией животных (изучающей экологические механизмы эволюционного процесса, — работы советского эколога С. С. Шварца, 1969). Традиционные методы систематики животных (сравнительно-анатомические, палеонтологические, эмбриологические и др.) обогащаются новыми подходами: биохимическими, серологическими молекулярно генетическими и др. Так, советский биохимик А. Н. Белозерский для целей систематики и филогении изучает нуклеотидный состав дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) у организмов разных видов. Всё шире в З. начинают применять методы кариологии, раньше использовавшиеся главным образом в систематике растений.