thumb|En almindelig, om end ikke helt korrekt, beskrivelse af evolutionen er menneskets gradvise udvikling fra en tidligere menneskeabe. Evolution (engelsk og latin e = "ud" + volvere = "rulle", altså "udrulning" eller udvikling) er en proces, hvorved sammensætningen af arveanlæg i en population ændres over generationer. Evolutionære processer giver anledning til mangfoldighed af liv på alle niveauer af biologisk organisation herunder arter, individuelle organismer og for molekylær evolution. Evolutionsteorien er en videnskabelig teori, der forklarer, hvordan forandring af organismer og artsdannelse (dvs. opståen af nye arter) forekommer. Evolution anses som videnskabelig, fordi dens forudsigelser holder stik — både i eksperimenter og i analyser af fossiler og levende arter.
Charles Darwins evolutionsteori beskriver, hvordan alle jordens levende organismer deler et fælles ophav, hvorfra de har undergået udviklingsprocesser baseret på naturlig selektion til i dag. Det har ført til mangfoldige organismer. Darwin var den første, der beskrev evolution som en proces drevet af naturlig udvælgelse, og dermed den første til at give en videnskabelig forklaring på de processer, der fører til artsdannelse. Han forklarede, at fordi de fleste organismer kan producere mere afkom, end der er resurser til, forekommer der en selektion af de individer, der bedst tilpasser sig deres omgivelser, og som derved får flere overlevende afkom. Hvis de fordelagtige egenskaber er arvelige, vil de dermed blive videreført til næste generation med højere frekvens end mindre fordelagtige egenskaber. Den proces vil føre til populationer med biologiske egenskaber, som tilsyneladende er tilpasset et bestemt miljø.
Med udviklingen af moderne genetik blev evolutionens biologiske grundlag cementeret , og moderne udviklingslære kombinerer Darwins indsigt i udvælgelsesprocesser med vores viden om samspillet imellem biokemi, genetik og miljø. Biologer skelner mellem mikroevolution og makroevolution. Mikroevolution er den proces hvorved genetiske varianter der giver den organisme der bærer den en fordel frem for andre organismer, og hvor ved gavnlige genetiske varianter bliver hyppigere end de skadelige varianter. Makroevolution er den proces, hvorved nye arter dannes efterhånden som genetiske forandringer akkumuleres og fører til artsdannelse. På molekylært niveau defineres evolution som enhver proces, der fører til, at frekvensen af en bestemt genetisk variant ændres i organismer. De forandringer i genfrekvenser har tre hovedårsager: naturlig udvælgelse, mutationer, og genetisk drift herunder genudveksling imellem befolkninger, jf. Molekylær evolution.
Historie om evolutionær tænkning Ideen om, at én type af organismer kunne nedstamme fra en anden type, går tilbage til tidlige græske filosoffer som Anaximander og Empedokles. Den overlevede i romertiden. Poeten og filosoffen Lucretius fulgte Empedokles i sit værk De rerum natura (Om Tingenes Natur). I modsætning til de materialistiske synspunkter forstod Aristoteles alle naturlige ting, ikke kun levende som ufuldkomne enteleki af forskellige faste naturlige muligheder, kendt som "former", "ideer" eller (i latinske oversættelse) "arter" . Det var en del af hans teleologiske forståelse af naturen, hvor alt har en tilsigtet rolle at spille i en guddommelig kosmisk orden. Variationer af denne idé blev standard i middelalderen og blev integreret i kristen læring. Aristoteles krævede ikke, at reelle typer af organismer altid svarede én-til-én med nøjagtige metafysiske former og gav specifikke eksempler på, hvordan nye typer af levende ting kunne blive.
I det 17. århundrede afviste moderne videnskab Aristoteles og søgte forklaringer på naturfænomener i form af fysiske love, som var ens for alle synlige ting, og ikke behøvede faste naturlige kategorier eller en guddommelig kosmisk orden. Men den nye metode var for langsom til at slå rod i biologien, som blev den sidste bastion for begrebet om faste naturlige typer. John Ray brugte en af de generelle vendinger om faste naturlige former "arter", om planter og dyr, men han identificerede udelukkende hver type som en art og foreslog, at hver art kunne defineres ved funktioner, som fastholdte sig i hver generation . Disse arter blev skabt af gud, men viser forskelle pga. lokale forhold. Den biologiske klassifikation — indført af Carl von Linné i 1735 — så også arter, som bestemt af en guddommelig plan.
thumb|I 1842, skrev Charles Darwin sin første skitse af, hvad der blev til Arternes oprindelse. Andre naturforskere spekulerede på evolutionære ændringer af arter efter naturlovene. Pierre Louis Maupertuis skrev i 1751 om naturlige ændringer, som opstår under reproduktion og akkumuleres i mange generationer til at skabe nye arter . Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon, foreslog, at arter kunne udskille sig til forskellige organismer, og Erasmus Darwin foreslog, at alle varmblodede dyrearter kunne nedstamme fra en enkelt mikroorganisme (eller "filament"). Den første fuldgyldige evolutionære ordning var Jean-Baptiste Lamarcks "transmutationsteori" fra 1809, som mente, at spontane generationer kontinuerligt producerede enkle former for liv, som udviklede større kompleksitet i parallelle linjer med en indbygget progressiv tendens, og at på lokalt plan var disse slægter tilpasset miljøet ved at arve ændringer baseret på anvendelsen eller uanvendelsen. (Den idé blev senere kaldt lamarckisme.) De ideer blev fordømt af etablerede naturalister som spekulation, som manglede empirisk støtte. Især Georges Cuvier insisterede på, at arter var uafhængige og fastlagte, og deres ligheder afspejlede guddommelig planlægning for specifikke funktionelle behov. I mellemtiden var Rays ideer om gudgivet design videreudviklet af William Paley til bogen Natural Theology or Evidences of the Existence and Attributes of the Deity (1802), som foreslog komplekse tilpasninger som bevis for en guddommelig plan. Letter 2532, November 22, 1859.
Det afgørende brud med konstante typologiske klasser eller typer i biologi kom med teorien om evolution gennem naturlig selektion, som blev formuleret af Charles Darwin. Delvist påvirket af An Essay on the Principle of Population (1798) af Thomas Malthus bemærkede Darwin, at befolkningstilvæksten ville føre til en "kamp for tilværelsen", hvor gunstige variationer sejredemens andre omkom. I hver generation når mange ikke til at reproducere sig pga. begrænsede ressourcer. Det kunne forklare mangfoldigheden af planter og dyr af fælles herkomst gennem bearbejdning af naturlovene for alle typer af organismer. Darwin udviklede sin teori om "naturlig selektion" i 1838 og var nu i gang med at skrive sin "store bog" om emnet, da Alfred Russel Wallace sendte ham en lignende teori i 1858. Begge herrer præsenterede deres teorier for Linnean Society of London. Ved udgangen af 1859 forklarede Darwins arternes oprindelse om naturlig selektion i detaljer, så det førte til en stadig bredere accept af begreberne om evolution. Thomas Henry Huxley leverede ved at anvende Darwins ideer på mennesker og ved hjælp af palæontologi og komparativ anatomi stærke beviser for, at mennesker og aber havde en fælles forfader. Mange blev foruroliget af den tanke, der betød, at mennesket ikke havde en særlig plads i universet.
Princippet om naturlig selektion blev allerede beskrevet 30 år før Darwins bog. Patrick Matthew beskrev princippet i et tillæg til en bog om træ til flåden (On Naval Timber and Arboriculture — 1831). Dog tillagde ingen opdagelsen af naturlig udvælgelse den store relevans. Matthew selv forstod først relevansen, da han genkendte princippet i Arternes Oprindelse.
Præcise mekanismer for reproduktiv arvelighed og oprindelsen af nye træk forblev et mysterium. Nu udviklede Darwin sin foreløbige teori om arvelighed kaldet pangenese. I 1865 rapporterede Gregor Mendel, at træk blev nedarvet på en forudsigelig måde gennem uafhængig sortering og adskillelse af elementer (senere kendt som gener). Mendels arvelove fortrængte efterhånden de fleste af Darwins pangenesis-teorier. August Weismann markerede den vigtige forskel mellem kønsceller, der giver anledning til gameter (som sædceller og ægceller) og de somatiske celler i kroppen. Det viste, at arvelighed passerer gennem kønscellerne. Hugo de Vries forbandt Darwins pangenesisteori med Weismanns skelnen mellem køns- og somacelle. De Vries var også en af de forskere, der gjorde Mendels arbejde velkendt, som troede at mendelske træk svarede til overførsel af arvelige variationer langs kimcellelinjen. Til at forklare, hvordan nye varianter opstod, udviklede de Vries en mutationsteori, som førte til en midlertidig splittelse mellem dem der accepterede darwinistisk evolution og de som allierede sig med de Vries. Ved århundredeskiftet lagde pionerer inden for populationsgenetik som JBS Haldane, Sewall Wright og Ronald Fisher grunden for evolution som en robust statistisk filosofi. Darwins teori om genetiske mutationer og Mendels nedarvning blev således forsonet.
I 1920'erne og 1930'erne forbandt en moderne evolutionær syntese de forskellige begreber om naturlig selektion, mutationsteori og mendelsk arveteori i en samlet teori, der anvendes generelt for enhver gren af biologi. Den moderne syntese var i stand til, at forklare mønstre observeret på tværs af arter i populationer igennem overgangsfossiler i palæontologi, og selv komplekse cellulære mekanismer i udviklingsbiologi. Offentliggørelsen af strukturen af DNA af James Watson og Francis Crick i 1953 viste en fysisk basis for arv. Molekylærbiologi forbedrede vores forståelse af forholdet mellem genotype og fænotype. Fremskridt blev også gjort i fylogenetisk systematik med kortlægning af overgang i træk i en sammenlignelig og testbar ramme ved offentliggørelsen og brugen af evolutionære stamtræer. I 1973 skrev evolutionsbiologen Theodosius Dobzhansky, at "intet i biologien giver mening undtagen i lyset af evolution," fordi det har kastet lys på relationer, som først virkede som usammenhængende fakta i naturhistorie til en sammenhængende mængde af viden, der beskriver og forudsiger mange observerebare fakta om livet på denne planet.
Siden er den moderne syntese blevet udvidet til at forklare det af hele af de biologiske fænomener og skalaen af det biologiske hierarki, fra gener til arter. Denne evolutionære udviklingsbiologi understreger, hvordan ændringer mellem generationerne (evolution) virker på mønstre af forandringer inden for de enkelte organismer (udvikling).
Arvelighed thumb|upright|DNA-struktur. Baser er i centrum, omgivet af fosfat-sukkerkæder i en dobbeltspiral. Evolution i organismer opstår ved ændringer i arvelige træk, som er særlige karakteristika af en organisme. For eksempel er øjenfarve hos mennesker en arvelig egenskab, og et barn kan arve brune øjne fra en af dets forældre. Nedarvede træk styres af gener, og det komplette sæt af gener i en organismes genom (genetisk materiale) kaldes dens genotype.
Det komplette sæt af observerbare træk, der udgør strukturen og opførslen af en organisme, kaldes dens fænotype. Disse træk kommer af dens genotypes interaktion med miljøet. Som følge heraf er mange aspekter af en organismes fænotype ikke arvelige. For eksempel kommer solbrændthed fra interaktionen imellem en persons genotype og sollys; derfor videregives solbrun hud ikke til børn. Men nogle solskoldes lettere end andre på grund af forskelle i deres genotype; et slående eksempel er mennesker med den arvelige egenskab albinisme, der ikke solbrændes overhovedet og er meget følsomme over for solskoldning.