1859年C.R.達爾文的《物種起源》出版後，他所建立的以自然選擇為核心的進化論經過一段爭論之後較快地被同時代的許多生物學家所接受，並在科學上不斷得到補充。但是，由於遺傳學在1900年以前尚未建立，自然選擇的機製尚缺乏實驗基礎，人們在承認生物進化事實的同時，對進化的機製卻產生了種種看法。進入20世紀後，遺傳學進展十分迅速，在不同的發展階段都對達爾文的進化學說產生了影響。
在孟德爾定律重新發現後的一段時間內，達爾文的進化論曾處於不利的地位。首先是對達爾文提出的作為自然選擇基礎的連續變異發生了尖銳的爭論。英國生物統計學派的代葉綠體表人物戈爾頓和韋爾登等堅持達爾文的連續變異和漸進進化的觀點，斷言孟德爾定律在進化過程中不起作用；而以貝特森為代表的遺傳學家則堅持不連續變異即突變在進化過程中有重要作用。1904年在英國科學促進會組織的一次會上，這場爭論以貝特森的勝利而告終。此後，許多學者對達爾文關於自然選擇作用於連續變異能產生進化性變化的學說表示懷疑，反而接受了德·弗裏斯於20世紀初提出的通過“突變”而產生新種的驟變論觀點。達爾文的自然選擇學說在進化論中恢複了它的主導地位，主要是從20世紀20～30年代群體遺傳學建立後開始的。早在1908年英國數學家哈迪和德國醫學家魏因伯格就分別提出平衡定律指出，在一隨機交配的大群體中，若無突變、遷移和選擇等因素的影響，則顯性基因與隱性基因的比例可以代代保持恒定。但這一工作當時沒有引起注意。到20年代由於切特韋裏科夫、費希爾、霍爾丹和賴特等人作了大量的研究工作，群體遺傳學才完全建立起來。
前蘇聯進化論者切特韋裏科夫於1926年發表了一篇題為《從現代遺傳學觀點看進化過程的某些特征》的論文，總結了他對果蠅自然群體的研究。認為群體內含有大量“隱藏著的”遺傳變異，這些變異大多數是隱性的，在純合情況下會致死，但若以雜合的形式存在，則其基因頻率就可代代相傳，符合於哈迪-魏因伯格定律，自然選擇對它們發生作用，便會導致生物的進化。英國生物統計學家費希爾於1930年出版了《自然選擇的遺傳學理論》一書，概括了他從1918年開始的工作。他用數學模型研究了適應同群體增長速度和群體基因頻率變化之間的關係。他表達了以下概念，即突變大都是不正常的，遲早要在進化過程中被淘汰，隻有自然選擇作用於連續變異才能實現生物的適應和進加拿大森林中的動物化。這是在英語國家中首次試圖把達爾文的自然選擇學說同孟德爾遺傳定律協調起來的工作。他的工作很快就被學者們接受。英國生物學家霍爾丹在他1932年出版的《進化的原因》一書中總結了他自1924年以來的研究，進一步把群體遺傳同進化機理結合起來，他用數學方法定量地研究了由於自然選擇而發生的群體中基因頻率改變的過程，在許多方麵都作出了重要貢獻。
美國遺傳學家賴特1931年發表了題為《孟德爾群體的進化》的論文，強調了隨機漂變在小群體中的重要性及非加性基因相互作用係統的普遍性，也為群體遺傳學的建立打下了基礎。可是，上述三位學者的著作都是用艱深的數學語言寫成的，這就限製了它們在生物學界的影響。
現代綜合進化論的誕生一般以多布然斯基1937年出版的《遺傳學與物種起源》一書為標誌。他在書中把群體遺傳學的成就同摩爾根等建立起來的果蠅染色體理論以及自然群體變異的觀察結果進行了綜合，發展了達爾文的進化學說，因此又稱為“現代達爾文主義”。以後，英國進化論家赫胥黎主編的《新係統學》及他的著作《進化論的現代綜合》、美國進化論家E.邁爾的《分類學與物種起源》、美國古生物學家辛普森的《進化的節律和方式》以及美國遺傳學家斯特賓斯的《植物的變異和進化》等著作相繼出版，表示了綜合進化論的日趨成熟。
20世紀50年代分子遺傳學的興起又相當大地影響了進化論的發展，主要是使進化論擺脫了任何獲得性遺傳的影響，也排除了任何性狀朝著一個方向連續突變的可能性，同時提供了有價值的同功酶凝膠電泳的研究工具，使學者們通過比較氨基酸和核苷酸的種類以及順序就能在分子水平上研究各類生物的親緣關係等。1978年邁爾明確指出了現代綜合進化論的特點：徹底否定獲得性遺傳，強調進化的漸進性，認為進化是群體現象，並重新肯定了自然選擇壓倒一切的重要性。
在綜合進化論盛行了30～40年之後，又遇到了兩個嚴峻的挑戰。一個是1968年由日本遺傳學家木村資生提出、並於1969年得到美國生物學家J.L.金和朱克斯積極支持的“分子進化的中性學說”。他們根據分子生物學所發現的新事實，指出在分子水平上引起進化性變化的主要因素不是C.R.達爾文的真正選擇，而是選擇中性的或近乎中性的突變隨機漂變的結果。木村認為在表型水平上達爾文的自然選擇起主導作用，而在分子水平上起主導作用的則是隨機的遺傳漂變。中性學說提出後曾引起過不少的爭論，但確實打開了一個尚需探索的新領域。對綜合進化論的另一個挑戰是美國古生物學家埃爾德雷奇和古爾德於1972年提出的間斷平衡論。他們認為，生物進化是漸變和驟變交替出現的過程。達爾文進化論和綜合進化論都強調演化是一個漸變過程。間斷平衡論的主要依據是某些被認為是由於基因突變和環境激變而導致迅速成種的古生物學事實。因為在許多情況下並不存在中間類型的事實，該理論可以解釋化石中缺少中間環節的現象。間斷平衡論在1980年於芝加哥召開的國際進化生物學專題討論會上得到不少人的支持，所以也引起了科學界的重視和研究。