La biologia evoluzionistica è parte integrante della biologia in generale: lo studio e la teoria dell’evoluzione negli organismi. Più che un semplice sottocampo, si potrebbe vedere questo campo come la lente attraverso la quale tutta la biologia dovrebbe essere vista, nonostante i creazionisti. La biologia evoluzionistica si occupa dell’origine delle specie attraverso la variazione genetica e la selezione naturale, nonché la discendenza condivisa delle specie da antenati comuni.
Sebbene la biologia informata dalla teoria darwiniana risalga alla pubblicazione di Darwin de L’origine delle specie nel 1859, la moderna biologia evoluzionistica è emersa dalla sintesi evolutiva moderna solo negli anni ‘1930 e ‘1940, e fu solo negli anni ‘1970 e ‘1980 che le università iniziarono a creare dipartimenti con il termine “biologia evolutiva” come parte dei loro titoli. L’enorme quantità di conoscenze fossili scoperte all’inizio e alla metà del XX secolo ha permesso di tracciare facilmente l’evoluzione di molti organismi nel tempo.
Un argomento popolare nella biologia evolutiva sta cercando di scoprire quando sono emerse per la prima volta alcune caratteristiche adattive e quante volte si sono evolute in lignaggi indipendenti. Ad esempio, i biologi evoluzionisti hanno determinato che le conchiglie si sono evolute in almeno 18 lignaggi, l’occhio si è evoluto solo una volta, il volo si è evoluto quattro volte distinte (insetti, pterosauri, uccelli e pipistrelli), il volo a vela si è evoluto in dozzine di occasioni, un lo scheletro si è evoluto indipendentemente solo una volta e il camuffamento si è evoluto centinaia se non migliaia di volte. Più un dato adattamento è strutturalmente complesso, più raramente si è evoluto in modo indipendente.
La biologia evoluzionistica cerca di risalire il più indietro possibile agli antenati degli organismi moderni, vedendo come si sono sviluppati da progenitori a volte meno sofisticati. Ad esempio, si pensa che tutti i mammiferi moderni si siano evoluti da un gruppo minore di tetrapodi mesozoici chiamati terapsidi. Questi animali hanno vissuto fino all’età dei dinosauri, ben 180 milioni di anni. Se non lo avessero fatto, i mammiferi moderni non esisterebbero. Un importante passo avanti nella biologia evolutiva è arrivato quando è emerso il consenso, supportato da prove fossili, che gli uccelli moderni si erano evoluti dai dinosauri.
Un altro compito dei biologi evoluzionisti è quello di risolvere enigmi evolutivi di vecchia data, ad esempio l’ascendenza degli anfibi e delle tartarughe dei giorni nostri. Attualmente vi è incertezza su quale antico gruppo di anfibi abbia dato origine agli anfibi moderni e se le tartarughe derivino da rettili più recenti o se si siano separate dai rettili subito dopo l’evoluzione del gruppo.