Однако доктор Роберт Дарвин решительно воспротивился этому плану. Он считал, что путешествие помешает Чарлзу сделаться священником, к чему он готовился в Кембридже. Положение было спасено дядей Чарлза по матери Джосайей Веджвудом, сыном основателя керамической фабрики. Он убедил доктора Дарвина согласиться на поездку сына: Чарлз еще не стал священником, сказал он, а приняв предложение поехать, он лишь продолжит тот путь изучения естествознания, на который уже стал в Эдинбурге и Кембридже. Так Дарвин и не сделался священником. Вспоминая впоследствии, какой злобной критике он подвергался со стороны церковников за учение о происхождении видов растений и животных, Дарвин писал в своей «Автобиографии»: «Если вспомнить, как свирепо нападали на меня представители церкви, кажется забавным, что когда-то я и сам имел намерение стать священником».
«Бигль» покинул берега Англии в конце декабря 1831 года. Это был небольшой трехмачтовый парусный корабль (барк). Экспедиция была снаряжена английским адмиралтейством для нанесения на карту со всей подробностью береговой линии Южной Америки, разработки подробных планов гаваней и бухт, расположенных на восточном и западном берегах Южной Америки, составления карг проливов Огненной Земли, островов Атлантического и Тихого океанов. «Бигль» должен был, кроме того, произвести цепь точных хронометрических измерений долгот вокруг земного шара, что также имело важное картографическое значение.
Таким образом, этот военный, вооруженный шестью пушками барк, плававший под командой морского офицера капитана Роберта Фиц-Роя, преследовал под видом строго научных целей задачу составления мореходных карт, которые облегчили бы плавание английским военным и торговым кораблям в южных, малоизведанных в то время морях. Англия в первой трети XIX века усиленно расширяла сферу своего политического и торгового влияния на молодые южноамериканские республики, только что сбросившие с себя многовековое ярмо испанской метрополии.
В задачу Дарвина, отправившегося в экспедицию на «Бигле» в качестве натуралиста, входило изучение геологического строения, фауны и флоры тех стран, которые посетит «Бигль». А так как «Бигль» в связи с осуществлением гидрографических работ подолгу оставался у одних и тех же берегов, Дарвин имел возможность совершать длительные сухопутные экскурсии внутрь страны, а не ограничиваться только изучением прибрежных районов. Так, им были проведены экскурсии по западной Аргентине, Уругваю, вверх по течению реки Санта-Крус в южной части Патагонии (совместно с Фиц-Роем и другими офицерами «Бигля»), две экскурсии по Чили и Перу и переход через Анды (Кордильеры), через перевал Портильо и обратно через перевал Успальята в непосредственной близости от высочайшей вершины Андов — Аконкагуа. Длительные остановки на Огненной Земле, Фолклендских и Галапагосских островах, острове Таити, в Новой Зеландии, юго-восточной и юго-западной Австралии, Тасмании, коралловых островах Килинг, на острове Маврикия, мысе Доброй Надежды, острове Вознесения и острове Св. Елены позволили Дарвину и в этих местах собрать обширный материал по геологии, зоологии и ботанике.
На протяжении всех пяти лет путешествия Дарвин пересылал в Англию, в адрес профессора Генсло в Кембридже, обширные коллекции собранных нм образцов минералов, горных пород, современных и вымерших животных и растений, снабженных точными этикетками, на которых были обозначены место и время нахождения данного экземпляра или образца. Эти коллекции вместе с подробными записками, которые Дарвин вел во время путешествия, послужили впоследствии основой для ряда геологических, палеонтологических, зоологических и ботанических трудов, написанных самим Дарвином или изданных при его участии и под его редакцией.