严复最著名的译作是《天演论》。《天演论》英文书名直译应为《进化论与伦理学》。作者赫胥黎是英国生物学家，达尔文的朋友，也是达尔文学说的忠诚拥护者。《天演论》分导言和正文两个部分，正文是赫胥黎1893年在一次学术讲座上的讲稿，导言是1894年他在讲稿付印前添写的，较正文还长些。《天演论》的基本观点是：自然界的生物不是万古不变，而是不断进化的；进化的原因在于“物竞天择”，“物竞”就是生存竞争，“天择”就是自然选择；这一原理同样适用于人类，不过人类文明愈发展，适于生存的人们就愈是那些伦理上最优秀的人。进化论学说的基础是达尔文在《物种起源》一书中奠定的，赫胥黎坚持并发扬了这一思想。
严复译述《天演论》不是纯粹直译，而是有评论，有发挥。他将《天演论》导论分为18篇、正文分为17篇，分别冠以篇名，并对其中28篇加了按语。他在阐述进化论的同时，联系中国的实际，向人们提出不振作自强就会亡国灭种的警告。严复在按语中指出，植物、动物中都不乏生存竞争、适者生存、不适者淘汰的例子，人类亦然。人类竞争其胜负不在人数之多寡，而在其种其力之强弱。面对当时中国的民族危机，严复尖锐指出，中国再也不能不看实际地妄自尊大，一味大弹“夷夏轩轾”（轩轾本义：中国古代一种前顶较高而有帷幕的车子，供大夫以上乘坐）的老调，弄得不好，就会亡国灭种。《天演论》告诉人们亡国灭种的威胁，但又不是无所作为的悲观主义，它启示人们，中国目前虽弱，但仍有挽救的办法，这就是强力竞争，通过努力，改变目前弱者的地位，变为强者。
《天演论》于1896年译成，严复说，达尔文的书，“在欧美两洲，几乎家置一编，妇孺皆知，其学说最要有二，一曰物竟，一日天择。”此外，严复还把《天演论》译稿给梁启超等人看过。因此，《天演论》正式出版虽在1898年，但其物竞天择的理论在此以前早已在思想界传开。
《天演论》从翻译到正式出版，经过三年时间。这三年，即1895年到1898年，是中国近代史上很不平常的三年，是民族危机空前深重、维新运动持续高涨的三年。这时候《天演论》出来了，物竞天择出来了，自然引起思想界强烈的震动。以文名世的同治进士吴汝纶看到《天演论》译稿后，赞不绝口，认为自中国翻译西书以来，无此宏制。这位五十几岁的老先生，激赏之余，竟亲笔细字，把《天演论》全文一字不漏地抄录下来，藏在枕中。梁启超读到《天演论》译稿，未待其出版，便已对之加以宣传，并根据其思想做文章了。向来目空一切的康有为，看了《天演论》译稿以后，也不得不承认从未见过如此之书，此书“为中国西学第一者也”。青年鲁迅初读《天演论》，也爱不释手。一位头脑冬烘的本家长辈反对鲁迅看这种新书，鲁迅不理睬他，“仍然自己不觉得有什么不对，一有闲空，就照例地吃饼、花生米、辣椒，看《天演论》”。由此可见《天演论》深受当时社会的欢迎。
《天演论》是中国近代生存竞争思想的重要源头，它的传播对近代中国社会的发展产生了深远的影响。王国维在1904年撰就的《论近年之学术界》中称：“近七八年前，侯官严氏（复）所译之赫胥黎《天演论》出，一新世人之耳目……是以后，达尔文、斯宾塞之名腾于众人之口，‘物竞天择’之语见于通俗之文。”
从地理空间来看，《天演论》的广泛传播引发了巨大的社会反响。北洋水师学堂、莲池书院、时务学堂等教育中心区域，甚至连边缘地区的部分乡村私塾，都受到《天演论》的影响。从时间上看，中国好几代知识分子都被《天演论》传播的生存竞争学说动员起来，并注意在实践中自觉寻求西方学理的支撑。可以说，《天演论》及其传播的生存竞争学说影响了几代中国人。胡汉民在《侯官严氏最近政见书》中称：“自严氏书出，而物竞天择之理，厘然当于人心，而中国民气为之一变。”《天演论》传播的进化论解构了中国传统的历史循环论，对“公羊三世”为核心的历史进化论也是有力的冲击。严复诠释的进化论蕴含强烈的生存竞争思想，与近代中国救亡图存的历史使命相契合，这从1902年杨度为《游学译编》所作发刊词可窥见一二：“大忧乎今日之中国，方为世界竞争之中心点，优胜劣败之公例，必为天演所淘汰”，“天下无无主之物，己不能有，必以与人，此亦物竞天择之公理也。我国国民又将谁尤？”《天演论》风靡全国后，国人纷纷用进化及竞争的目光，为近代社会寻找出路。诸如1897年孙宝瑄称：“杏孙为余道严又陵天演学宗旨，谓圣人治天下，如园夫治园，天行而物竞，治法出焉。”无论是从方法论，还是就思维方式而言，《天演论》的传播在国人的思想启蒙历程中都扮演了重要角色。
《天演论》与戊戌变法中的社会进化论之学理关系密切，这主要表现在晚清知识分子对生存竞争思想与合群关系的诠释上。1897年春，梁启超致严复信，称：“《天演论》说：克己太深，而自营尽泯者，其群亦未尝不败。……梁启超近为《说群》一篇，未成，将印之《知新报》中。”将天演进化论与“合群”思想联系起来绝非梁启超个人意识的表现。1901年闰3月19日孙宝瑄日记有：“若夫甘受他人之损，不知自保其利者，道德品行非不高尚也。然使举世多如此，则彼以损人为事者，将益肆志而无所惮，而君子道消，小人道长，适成其为野蛮世界而已。故赫胥黎有言曰：克己太深，自营尽泯者，其群又未尝不败也。”从中可以看出近代文化精英对“合群”思想的自觉认可。南京大学图书馆藏有一本光绪癸卯本《天演论》，在其“导言”中有“天演之事，将使能群者存，不群者灭：善群者存，不善群者灭”一句。一位叫刘英的普通读者在看到这句话后，批注到：“是有至理，亦今兹对症之药。”
可见，《天演论》阐释的生存竞争学说与合群思想，在受到精英关注的同时，也引起了普通读者的重视。
近代中国救亡图存的历史使命，使得社会精英将社会进化论与政治制度变革的学理依据联系起来。1897年梁启超在《论君政民政相嬗之理》中既对“据乱、升平、太平”的公羊三世说表示赞同，同时也将其与严复译介的欧洲三种政治制度对照，称：“天演之事，始于胚胎，终于成体，泰西有今日之民主，则当夏、商时含有种子以为起点；而专行君政之国，虽演之亿万年，不能由君而入民。”梁启超以社会进化论为学理，鼓吹中国搞君主立宪制的可能性和合法性。而社会进化论所蕴含的生存竞争学说，也受到国人的高度重视。戊戌政变后，社会变革由维新演化为革命。革命派代表人物孙中山、蔡元培、马君武、朱执信、汪精卫、胡汉民、章士钊、吴玉章等皆研读过《天演论》，但他们大多以商榷的态度检视进化与伦理的关系，推崇互助论，批驳生存竞争的思想。如孙中山以互助论取代进化论，认为就西方而言，“此种学说，在欧洲文明进化之初，固适于用，由今视之，殆是一种野蛮之学问。今欧、美之文明程度愈高，现从物理上发明一种世界和平学问，讲公理，不讲强横，尚道德，不尚野蛮”。就中国而言，帝制被推翻后，“共和国，首重平权，弱肉强食、优胜劣败之学说，是社会之蠹，非共和国所宜用”。和赫胥黎等一样，孙中山承认生物进化论，而不赞同社会进化论，认为人类社会发展同自然发展有所差异，“人类进化之主动力，在于互助，不在于竞争，如其它之动物者焉”。在他看来，生存竞争学说是“破坏之学问”，建设时期的社会秩序重建要讲社会伦理，侧重互助论。可以看出，随着社会主流意识倾向革命，严复推崇社会进化论思想中的渐进、改良色彩便已过时，革命者必然要对《天演论》及生存竞争学说重新加以解释，只是时间早晚而已。