《达尔文的失乐园》聚焦查尔斯·达尔文在比格尔号上的五年环球航行及其后续的思想蜕变。影片从达尔文以年轻博物学家身份登船讲起，展现他在南美洲、加拉帕戈斯群岛等地的考察历程：采集化石、观察雀鸟喙部差异、记录地质层理，这些看似琐碎的发现逐渐在他心中埋下怀疑的种子。

归国后，达尔文表面过着乡绅生活，私下却持续整理标本、与学者通信辩论。影片刻画他因宗教信仰与科学证据冲突而产生的内心煎熬，以及面对教会保守势力的沉默与坚持。他长期忍受病痛折磨，在书房中秘密写作，与华莱士的通信更迫使他提前发表理论。

最终，《物种起源》的出版引发轩然大波。影片通过达尔文与妻子艾玛的情感张力、与赫胥黎等支持者的互动，还原一位科学家在时代巨变中的孤独与勇气，呈现进化论诞生背后鲜为人知的挣扎与代价。