生物學在19世紀有著重大的進展。細胞學說、生物進化論是這個時期自然科學的主要成就。恩格斯從50年代末期起，就對達爾文的生物進化學說進行深入的研究，同馬克思經常交換研究的心得，深刻認識到這個理論作為“曆史上的階級鬥爭的自然科學根據”的重大意義。他還涉獵了生物學的許多分支，例如細胞學、植物學、動物學、人類學等，閱讀了海克爾的《自然創造史》、微耳和的《細胞病理學》等生物學名著，廣泛研究了德國奧肯關於細胞的原漿說和原胞說、法國古生物學家哈維的血液循環學說等等。正是在係統研究了從細胞學到人類學各個科學領域的專門知識的基礎上，他對生物進化和人類起源作了十分精辟的概括：“也許經過了多少萬年，才造成了可以進一步發展的條件，這種沒有定形的蛋白質能夠由於核和膜的形成而產生第一個細胞。但是，隨著這第一個細胞的產生，整個有機界的形態形成的基礎也產生了；正如我們可以根據對古生物學的記錄所作的全部類推來假定，最初發展出來的是無數種無細胞的和有細胞的原生生物，在這些原生生物中隻有加拿大假原生物傳到了現在；在這些原生生物中，有一些漸次分化為最初的植物，另一些漸次分化為最初的動物。從最初的動物中，主要由於進一步的分化而發展出無數的綱、目、科、屬、種的動物，最後發展出神經係統獲得最充分發展的那種形態，即脊椎動物的形態，而最後在這些脊椎動物中，又發展出這樣一種脊椎動物。在它身上自然界達到了自我意識，這就是人。”[7]這一段話，既科學地概括了生物進化和人類起源的過程，也深刻地駁斥了上帝創造人的神學說教，有著重要的理論和實踐意義。
恩格斯對於數學、地質學、天文學、天體演化學等學科，也有精湛的研究。特別使我們感興趣的是，他對於當時剛剛萌芽的生態學十分重視，發表了許多現在讀起來體會更加深刻、意義十分重大的科學見解。例如他說：“我們不要過分陶醉於我們對自然界的勝利，對於每一次這樣的勝利，自然界都報複了我們。每一次勝利，在第一步都確實取得了我們預期的結果，但是在第二步和第三步卻有了完全不同的、出乎意料的影響，常常把第一個結果又取消了。”[8]他舉例說，美索不達米亞等地的居民為了想得到耕地而砍光了森林，結果使這些地方成了荒蕪不毛之地；阿爾卑斯山的意大利人砍光了山南坡的鬆林，結果摧毀了自己的高山畜牧業等等。他一再告誡人們，不應該做那些違背自然規律、破壞生態平衡、到頭來不得不受到自然懲罰的蠢事，“我們必須時時記住：我們統治自然界，決不像征服者統治異民族一樣，決不像站在自然界以外的人一樣，——相反地，我們連同我們的肉、血和頭腦都是屬於自然界，存在於自然界的；我們對自然界的整個統治，是在於我們比其他一切動物強，能夠認識和正確運用自然規律。”[9]