ชีววิทยาวิวัฒนาการ (อังกฤษ: Evolutionary biology) เป็นสาขาย่อยของชีววิทยาที่ศึกษากระบวนการวิวัฒนาการที่ได้สร้างความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตบนโลก เริ่มตั้งแต่สิ่งมีชีวิตที่เป็นบรรพบุรุษร่วมเดียวกันกระบวนการนี้รวมทั้ง การคัดเลือกโดยธรรมชาติ การสืบเชื้อสายร่วมกัน และการเกิดสปีชีส์สาขานี้พัฒนามาจากการศึกษาที่นักชีววิทยาชาวอังกฤษ เซอร์ จูเลียน ฮักซ์ลีย์ เรียกว่า modern evolutionary synthesis (ในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1930) ซึ่งก็เป็นความรู้จากสาขาอื่น ๆ ทางชีววิทยาที่มีอยู่แล้วแต่ยังไม่ได้นำมารวมกันเป็นต้นว่าพันธุศาสตร์ นิเวศวิทยา systematics และบรรพชีวินวิทยางานวิจัยในปัจจุบันได้ขยายรวมสถาปัตยกรรมทางพันธุกรรมในการปรับตัว, วิวัฒนาการเชิงโมเลกุล (molecular evolution), และปรากฏการณ์ทางธรรมชาติต่าง ๆ ที่มีอิทธิพลต่อกระบวนการวิวัฒนาการรวมทั้งการคัดเลือกทางเพศ การเปลี่ยนความถี่ยีนอย่างไม่เจาะจง และชีวภูมิศาสตร์ส่วนสาขาที่ใหม่กว่าคือ ชีววิทยาพัฒนาการเชิงวิวัฒนาการ (evolutionary developmental biology, evo-devo) จะศึกษาว่าปัจจัยอะไรเป็นตัวควบคุมพัฒนาการของตัวอ่อน และดังนั้นจึงเป็นสาขาวิชาที่สังเคราะห์และรวมชีววิทยาการเจริญ (developmental biology) และสาขาอื่น ๆ ที่สังเคราะห์ความรู้ทางวิวัฒนาการต่าง ๆ