Jean-Baptiste Lamarck oli ensimmäisiä luonnontieteilijöitä, jotka esittivät, että nykyisin elävät eliöt ovat syntyneet aikaisemmin eläneistä eliöistä. Lamarck tosin esitti virheellisesti, että eliöiden hankitut ominaisuudet periytyvät jälkeläisille. 

Hieman myöhemmin 1800-luvulla Charles Darwin kehitti oman evoluutioteoriansa. Darwinin evoluutioteoria pohjautuu käsitykselle luonnonvalinnasta ja perinnöllisten ominaisuuksien siirtymisestä jälkeläisille. Nämä evoluution perusperiaatteet hyväksytään myös nykyään evoluutiobiologiassa.

Charles Darwin kehitti 1800-luvulla luonnonvalintaan perustuvan evoluutioteorian.

Darwinin evoluutioteorian lisäksi biologiassa tehtiin 1800-luvulla myös monia muita tärkeitä biologisia tutkimustuloksia. Soluteorian mukaan kaikki elämä koostuu jakautuvista soluista. Soluteorian ajatus esitettiin ensimmäistä kertaa vuosisadan alkupuolella, ja vuosisadan loppuun mennessä se oli jo yleisesti hyväksytty. Lisäksi 1800-luvulla havaittiin, että tautien aiheuttajia olivat pienet mikrobit, kuten bakteerit ja virukset. 

1800-luvulla ranskalainen Louis Pasteur todisti mikrobeilla, että alkusyntyä ei tapahdu maapallon nykyoloissa. Pasteur osoitti asian kehittämällä uudenlaisen koejärjestelyn. Hänellä oli kahdenlaisia keittoastioita: toisten kaulaosa oli kaareva (joutsenkaulainen, A) ja toisten avoin (B). Molempiin astioihin laitettiin kuumennettua lihalientä, jota bakteerit voivat käyttää ravintonaan. 

Joutsenkaulaisissa astioissa (A) ei esiintynyt mikrobikasvustoa, koska bakteerit eivät päässeet ilmasta astiaan. Avonaisissa astioissa (B) mikrobit pääsivät laskeutumaan lihaliemeen ja niihin syntyi mikrobikasvustoa, joka pilasi lihaliemen. Näin Pasteur kumosi ajatuksen alkusynnystä ja todisti, että edes bakteereja ei synny elottomasta aineesta itsestään. Lisäksi hän osoitti, että mikrobeja on kaikkialla, myös ilmassa.

1800-luvulla myös perinnöllisyystiede kehittyi osaksi biologiaa. Itävaltalainen Gregor Mendel aloitti perinnöllisyystieteellisen tutkimuksen tekemällä hernekasveilla risteytyskokeita, joiden perusteella hän päätteli, että monet herneiden ominaisuuksista periytyvät. Hän pystyi myös päättelemään ominaisuuksien periytymismekanismit. Mendel oli kuitenkin aikaansa edellä, ja hänen havaintonsa merkitys ymmärrettiin vasta 1900-luvun alussa.