Le second voyage du HMS Beagle, du au ., est le deuxième des trois voyages d'exploration scientifique du , dirigé par le capitaine Robert FitzRoy qui avait déjà pris le commandement du navire lors de son premier voyage, après le suicide de son capitaine. FitzRoy, craignant le même destin, cherche pour cette deuxième expédition un compagnon de voyage d’un niveau intellectuel suffisant avec lequel il puisse discuter. Averti par son professeur en sciences naturelles John Stevens Henslow, le jeune étudiant en théologie Charles Darwin embarque sur le navire. Il n'a été invité à prendre part au voyage que pour tenir compagnie au capitaine, Robert Fitzroy. Darwin a pris sur lui d'endosser le rôle de naturaliste et s'est lui-même perçu ainsi.
Le but initial de l'expédition est de réaliser la cartographie de la côte de l’Amérique du Sud en deux ans. En définitive, le Beagle traverse l'océan Atlantique, parcourt les côtes de l'Amérique du Sud, puis retourne vers l'Angleterre sans revenir vers l'est, mais en continuant sa route vers l'ouest, via Tahiti et l'Australie, pour faire finalement une circumnavigation de la Terre. Au bout du compte, le voyage d'une durée initialement prévue de deux ans en aura duré presque cinq.
Darwin consacre la plupart de son temps à explorer les terres. Ainsi, sur l'ensemble du voyage, il passe 3 ans et 3 mois à terre pour seulement 18 mois en mer. Avant les îles Galápagos, il explore la pampa argentine, le nord de la Patagonie, le désert d'Atacama ainsi que la cordillère des Andes. Il profite de ce voyage pour établir sa réputation de naturaliste en décrivant avec détails les plantes, animaux, fossiles et régions rencontrés, publie le récit de son voyage en 1838 avec Le Voyage du Beagle (traduit en français sous le titre Voyage d'un naturaliste autour du monde) et devient célèbre avec sa théorie de l'évolution par la sélection naturelle et son livre de 1859, L'Origine des espèces, directement inspirés de son expérience à bord du Beagle.
vignette|400px|droite|Alors que le HMS Beagle explorait les côtes d'Amérique du Sud, Darwin commença à théoriser sur les merveilles de la nature autour de lui. Le HMS Beagle dans les eaux de la Terre de Feu, salué par les autochtones fuégiens. Peinture de Conrad Martens qui devint l'artiste du navire en 1833.
Objectifs de l’expédition Le but principal de l'expédition était une exploration hydrographique des côtes de la partie Sud de l'Amérique du Sud, afin de compléter le travail réalisé lors du premier voyage du Beagle. Il s'agissait notamment de créer des cartes pour la guerre et le commerce naval, et de dessiner les reliefs vus de la mer, tout en mesurant leur hauteur. Ainsi, la longitude de Rio de Janeiro, qui était une étape clé de ces explorations, restait inconnue du fait des écarts entre les mesures réalisées. Une longitude exacte restait à trouver, grâce à des chronomètres calibrés et des vérifications répétées grâce à des observations astronomiques. On devait aussi effectuer le relevé des marées et des conditions météorologiques.
Une attention moindre était prévue pour l'exploration des ports des îles Malouines et, si la saison le permettait, des îles Galápagos. Puis le Beagle approcha de Tahiti et du Port Jackson en Australie, qui étaient des endroits réputés pour la vérification des chronomètres. Une autre mission était l'exploration géologique d'un atoll corallien circulaire dans l'océan PacifiqueAdmiralty Instructions for the Beagle Voyage from Vol. 2 of FitzRoy's Narrative of the Surveying Voyages of His Majesty's Ships Adventure and Beagle, included as Appendix One of – .
Contexte et préparations vignette|500px|droite|Le voyage du Beagle.
L'expédition précédente d'étude de l'Amérique du Sud avait impliqué l' et l'HMS Beagle sous le commandement général de l'Australien Philip Parker King. Durant l'expédition, le capitaine du Beagle, Pringle Stokes, se suicida et il fut remplacé par un jeune aristocrate Robert FitzRoy. À leur retour le , le capitaine P. P. King se retira et le FitzRoy, âgé de 26 ans, fut nommé commandant de la seconde expédition du Beagle.
Il était à l'origine prévu que ce fut le qui fît ce second voyage d'étude de l'Amérique du Sud, mais à cause de son mauvais état il fut remplacé par le Beagle. FitzRoy avait réfléchi à la manière de ramener les Fuégiens qui avaient été formés comme missionnaires, et le il fut rappelé en tant que commandant. Le Beagle fut réquisitionné le sous le commandement du capitaine Robert FitzRoy, avec les Lieutenants John Clements Wickham et Bartholomew James Sullivan.
FitzRoy demanda aussitôt une révision importante du Beagle qui fut immédiatement amené aux docks pour être inspecté et réparé. Comme le navire demandait un nouveau pont, FitzRoy fit élever le pont supérieur, de 20 cm à l'avant et de 30 cm à l'arrière. Les navires de la classe Cherokee avaient la réputation d'être des « cercueils ambulants », qui se dirigeaient difficilement et étaient prompts à couler. En permettant aux ponts d'évacuer l'eau plus rapidement et en empêchant celle-ci de trop s'accumuler dans les plats-bords, la surélévation donna au Beagle une meilleure tenue et le rendit moins pesant et moins exposé au chavirage.
Un cerclage supplémentaire de la coque ajouta à sa structure. FitzRoy installa à bord 22 chronomètres de marine et 5 exemplaires du sympiésomètre, une sorte de baromètre sans mercure inventé par Alexander Adie en 1818 et défendu par FitzRoy comme donnant des résultats d'une précision compatible avec celle demandée par le ministère de la Marine. Il engagea un fabricant d'instruments pour entretenir les 22 chronomètres dans sa cabine, ainsi qu'un artiste, Augustus Earle, pour la topographie et les autres tâches en rapport avec son métier. Les trois Fuégiens embarqués lors du précédent voyage devaient également embarquer, pour retourner en Terre de Feu, accompagnés du missionnaire Richard Matthews.
FitzRoy était bien conscient du stress et de la solitude de sa fonction lors d'une telle mission, ainsi que du suicide du capitaine Stokes. Il craignait d'être lui aussi prédisposé au suicide, car son propre oncle, lord Castlereagh, s'était donné la mort à la suite d'une surcharge de travail. Cette fois ci le Beagle était sous sa responsabilité, et, aussi jeune et inexpérimenté fut-il, il ne pouvait pas se permettre de trop se rapprocher de ses subordonnés, de peur d'affaiblir son autorité. Pour la première fois, il était le seul maître à bord, sans officier ou second capitaine à consulter, et personne à bord n'était de son rang social ou ne partageait les mêmes aspirations intellectuelles. Il avait peur d'être dépassé et ressentit le besoin d'un compagnon de bonne compagnie qui partagerait ses intérêts pour la science et pourrait dîner avec lui en égal, maintenant ainsi un certain degré de vie normal, loin de la pression liée au commandement. Il se rapprocha de son ami Harry Chester, avec l'idée qu'il l'accompagnât, mais cela ne se fit pasIntroduction de Janet Browne et Michael Neve à – . Il n'était pas inhabituel pour les naturalistes d'être invités dans de telles expéditions en tant que passagers s'acquittant de leurs propres dépenses et en FitzRoy écrivit en urgence à l'Amirauté, probablement à son ami et supérieur le capitaine Francis Beaufort, demandant qu'on lui trouve un compagnon approprié, bien éduqué et scientifique. Les requêtes de Beaufort, faites par l'intermédiaire de son ami George Peacock à l'université de Cambridge, furent déclinées par le Révérend Leonard Jenyns, vicaire de Swaffham Bulbeck, et par le professeur John Stevens Henslow, qui avait d'autres engagements. Tous les deux recommandèrent le jeune Charles Darwin, alors âgé de 22 ans et qui venait de finir ses études de théologie et était alors engagé dans un voyage d'étude sur la géologie.
Ainsi, à son retour, Darwin reçut lettre de Henslow lui disant « Je vous assure que je pense que vous êtes l'homme qu'ils recherchent » pour ce poste « plus en tant que compagnon que simple collectionneur » et une de Peacock lui disant que le poste était à « son entière disposition ». Au début le père de Darwin rejeta cette proposition, pensant que ce voyage de deux ans ne serait qu'une perte de temps, mais il fut finalement persuadé par son beau-frère, Josiah Wedgwood II, de fléchir et même de financer l'expédition de son fils. Puis FitzRoy écrivit pour s'excuser car il avait déjà promis la place à un ami. Mais lorsque Darwin vint le voir pour s'entretenir avec lui FitzRoy lui annonça que son ami venait de refuser son offre à peine cinq minutes avant.
FitzRoy, qui était conservateur, était prudent sur les perspectives d'un voyage en compagnie de ce jeune inconnu proche des whigs (libéraux), et ils passèrent une semaine ensemble pour mieux se connaître. Initialement, FitzRoy rejeta presque Darwin sur le fait que la forme de son nez semblait indiquer un manque de détermination, mais ils se trouvèrent finalement d'agréable compagnie. Beaufort avisa Darwin que le coût de l'expédition serait de 500 livres, qu'il serait libre de la quitter à n'importe quel moment et qu'il aurait le contrôle sur la destination des collections qu'il constituerait.
Darwin prépara son équipement et son matériel pour préserver ses spécimens ; il chercha notamment des conseils auprès de son ancien maître Robert Edmond Grant.
Le géologue Charles Lyell demanda à FitzRoy d'enregistrer des observations sur des phénomènes géologiques tels que les blocs erratiques et, avant le départ d'Angleterre, FitzRoy donna à Darwin une copie du premier volume des Principles of Geology de Lyell, qui expliquaient ce phénomène comme le résultat d’un processus extrêmement long.
Voyage Le Beagle devait initialement partir le mais, à cause de retard dans les préparatifs, le départ fut reporté jusqu'à décembre. Le , le navire tenta de partir mais tomba dans le mauvais temps et dut revenir au port. Finalement, le à , le Beagle quitta le port de Plymouth pour ce qui allait devenir une des plus retentissantes expéditions scientifiques de l'Histoire. Après avoir étudié en détail les côtes de l'Amérique du Sud, le Beagle fit chemin vers l'Angleterre via la Nouvelle-Zélande et atteignit Falmouth, à l'extrême sud-ouest des Cornouailles en Angleterre, le .
Il approcha d'abord de Madère pour confirmer sa position mais sans s'y arrêter, puis se dirigea vers Tenerife dans les îles Canaries où il y avait une mise en quarantaine à cause du choléra qui sévissait en Angleterre et il se vit interdit d'accostage. Il fit son premier arrêt sur l'île volcanique de Santiago, la plus grande des îles du Cap-Vert. C'est là que commence le « journal » de Darwin. Alors que des discussions étaient en cours pour déterminer la longitude exacte, il alla sur la plage, fasciné par sa première vision d'une végétation tropicale et par les reliefs comprenant en hauteur une large bande blanche constituée de coquillages marins, qui confortait la thèse de Lyell sur les élévations et les abaissements graduels de la croûte terrestre.
Darwin avait reçu de FitzRoy le premier volume des Principles of Geology de Charles Lyell, qui expliquait la formation des reliefs comme le résultat d'un processus graduel s'étalant sur d'immenses périodes, et à leur premier arrêt à Santiago le paysage qu'il vit lui donna une vision révolutionnaire de l'histoire géologique de l'île, lui donnant l'idée d'écrire un livre consacré à ce seul sujet E. Janet Browne, Charles Darwin: vol. 1 Voyaging, Londres, Jonathan Cape, 1995, , .. Darwin écrivit plus tard « The greatest merit of the Principles was that it altered the whole tone of one's mind, and therefore that, when seeing a thing never seen by Lyell, one yet saw it through his eyes »Letter to L. Horner, Down, .