O trabalho de Darwin levou a uma rápida aceitação da evolução, mas o mecanismo proposto, a seleção natural, não foi amplamente aceita até os anos 1940. A maioria dos biólogos argumentava que outros fatores eram responsáveis pela evolução, como a herança de caracteres adquiridos (neo-lamarquismo), ou grandes mutações repentinas.A síntese da seleção natural com a Genética Mendeliana durante os anos 1920 e 1930 fundou a Genética de Populações. Durante os anos 1930 e 1940, a Genética de Populações foi integrada com outros campos da Biologia, resultando numa teoria evolutiva altamente aplicável, que abarcava a maior parte da Biologia – a Síntese Evolutiva Moderna.
Em seguida ao estabelecimento da Biologia Evolutiva, estudos sobre mutação e variabilidade genética em populações naturais, combinados com Biogeografia e Sistemática levaram a modelos matemáticos causais de evolução sofisticados. A Paleontologia e a Anatomia comparada permitiram reconstruções mais detalhadas da história da vida.
Após o surgimento da Genética Molecular nos anos 1950, o campo de estudo da evolução molecular se desenvolveu, baseado em sequências de proteínas e testes imunológicos, incorporando posteriormente estudos de RNA e DNA.
No fim do século XX, o surgimento de técnicas de sequenciamento de DNA permitiram a produção de filogenias moleculares e com isso a reorganização da árvore da vida em três domínios (Archaea, Eukaria e Eubacteria). Além disso, outros mecanismos genéticos recentemente descobertos introduziram ainda mais complexidade à história evolutiva.
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