Evolutiebiologie is het vakgebied binnen de biologie dat zich bezighoudt met het bestuderen van de evolutie. In de evolutiebiologie richt men zich op het onderzoek naar mechanismen van evolutie en natuurlijke selectie, en het achterhalen van de evolutionaire geschiedenis van bestaande en fossiele levensvormen.
De moderne evolutiebiologie is een interdisciplinair vakgebied dat inzichten uit uiteenlopende levenswetenschappen integreert, waaronder genetica, ecologie, systematiek en paleontologie. Uit fossiele resten van uitgestorven organismen kan men veel te weten komen over de snelheid en aard van evolutionaire ontwikkelingen. Aan de hand van DNA-sequenties kunnen evolutiebiologen zeer precies verwantschappen vaststellen en evolutionaire stambomen reconstrueren. Toepassingen van evolutiebiologie bevinden zich onder andere in de socioculturele evolutie van de mens, de evolutionaire psychologie, maar ook de informatica en bio-informatica.
Onderzoek in de evolutiebiologie is relatief breed en omvat onderwerpen als adaptatie, moleculaire evolutie (de mechanismen waarmee genomen evolueren), en de 'aandrijvers' van evolutionaire verandering: genetische drift, seksuele selectie en gene flow. Een nieuwe tak binnen de evolutiebiologie, de evolutionaire ontwikkelingsbiologie (evo-devo), onderzoekt hoe de embryonale ontwikkeling wordt aangestuurd en hoe deze ontwikkelingprocessen in de loop van de evolutie zijn ontstaan en behouden.