Darwin bilimle ilgilenen bir ailede Cambridge, İngiltere'de doğdu, matematikçi Sir George Howard Darwin oğlu ve Charles Darwin'in torunudur. Annesi Lady Darwin, Philadelphia, Pennsylvania Maud du Puy idi. Ablası sanatçı Gwen Raverat idi, onun küçük kız kardeşi Margaret iktisatçı John Maynard Keynes'in kardeşi Geoffrey Keynes ile evlendi. Kardeşi William Robert Darwin, Londra'da borsacı oldu. Darwin Marlborough College'da eğitim alıp, 1910 yılında, Trinity College, Cambridge'den matematik derecesiyle mezun oldu.