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Botânico britânico nascido em Down House, Downe, Kent, um dos dez filhos de Charles Robert Darwin (1809-1882) e também seu assistente, que projetou seu nome com como co-autor com o pai e com trabalhos sobre fisiologia das plantas. Terceiro filho do famoso pai da teoria evolucionista e de sua esposa e prima Emma Wedgwood (1808-1896), inicialmente estudou matemática no Trinity College, Cambridge, mas aos poucos foi sendo atraído pelas ciências naturais em que se graduou (1870). Em seguida resolveu estudar medicina na St. George's Medical School, London, onde recebeu um M.B. (1875), mas não praticou medicina e resolveu dedicar-se a botânica e tornou-se especialista em fisiologia vegetal.
Trabalhou com o pai em pesquisas sobre o desenvolvimento das plantas, especificamente em fototropismo e juntos escreveram The Power of Movement in Plants (1880) sobre a influências da luz no crescimentos das plantas. Casou-se três vezes em função de mais de uma viuvês. Primeiramente com Amy Ruck (1874), de quem enviuvou (1876) após o parto do terceiro filho, o escritor Bernard Darwin. Casou-se novamente com Ellen Crofts com quem teve a filha poeta Frances Crofts Darwin (1886-1960). E novamente viúvo (1903), casou-se (1913) com a viúva de Frederic William Maitland, senhora Florence Henrietta Fisher. Foi eleito Fellow da Royal Society (1882) e tornou-se cavaleiro (1913). foi um dos biógrafos do pai com a publicação The life and letters of Charles Darwin (1887). Morreu em Cambridge e foi enterrado no Burial Ground of Parish of the Ascension, Cambridge, England. Também publicou, entre outros, More Letters of Charles Darwin (1905) e On the Reception of the Origin of Species (1887).