Darwin mocht meevaren met kapitein FitzRoy, die nieuwe kustkaarten moest maken. Zijn reis zou twee jaar duren en de kapitein kon wel wat gezelschap gebruiken. Om het zo efficiënt mogelijk te houden vroeg hij specifiek om een natuuronderzoeker. Darwin ging mee aan boord en zag de meest mooie schepsels, planten en bomen.

De tocht, die startte op 17 december 1831, ging vanuit Engeland over de Atlantische oceaan naar Zuid-Amerika. Eerst de oostkust en voordat ze daar weer vertrokken, waren ze al half in 1834. Daar zag Darwin wel een tropisch regenwoud en van alle planten, dieren en bomen die hij zag, maakte hij aantekeningen en nam hij, als het kon, iets mee. Aan de westkust van Zuid-Amerika zijn ze ook bijna een half jaar geweest. Hier heeft Darwin onder andere het Andesgebergte onderzocht. Steeds op zoek naar dieren en planten die aanwijzingen konden geven over zijn theorie van de evolutie.

Vanuit Zuid-Amerika gingen ze via de Grote Oceaan richting Australië, waarbij ze langs Tahiti kwamen. Ook Nieuw-Zeeland was een gebied waar ze moesten zijn. Het noorden van Australië vond Darwin geweldig, zeker de vondst van het vogelbekdier. Dit was zo’n raar wezen dat hij het nergens op terug kon herleiden. Het zuiden van Australië vond hij niet echt spectaculair met de droge grond en weinig aan flora en fauna. Over dit gedeelte van de reis deden ze ook al bijna een jaar waarmee we nu op maart 1836 uitkomen.

Van maart tot juni hebben de heren de Cocoseilanden en Zuid-Afrika onderzocht. De Cocoseilanden vond Darwin op zich wel interessant, zeker de bodem die geheel uit koraal bestond, waar hij natuurlijk een hoop van verzamelde om later te onderzoeken. Vandaar voeren ze door naar een plaatsje in de buurt van Kaapstad. Ze gingen hierna eindelijk weer terug naar het noorden, richting Engeland. Waarbij ze ook St. Helena nog bezochten. Qua flora en fauna viel hier weinig nieuws te ontdekken voor hem, want alles wat er leefde was grotendeels door de Engelse geïmporteerd.

In juli 1836, toen ze op het punt stonden om terug naar Engeland te varen, besefte kapitein FitzRoy dat hij waarschijnlijk een fout had gemaakt met de kustkaarten van Zuid-Amerika. Het kon niet anders dan daar weer heen te varen zodat hij alles nog een keer goed kon nameten en de fouten kon herstellen. Op 17 augustus was hij daarmee klaar en konden ze het laatste deel van hun tocht inzetten, met een tussenstop bij de Azoren. Na een reis van bijna 5 jaar, kwamen ze op 2 oktober 1836 weer aan in Engeland.