Izšolal se je za pravnika, kmalu pa mu je pričel pešati vid in do leta 1827 se je popolnoma posvetil geologiji. Njegovo prvo večje delo,Principles of Geology (Temelji geologije; 3 knjige, 1830–1833), je bilo tudi najbolj znano. V njem je predstavil teorijo, da jeZemlja neskončno stara in da je vse dogajanje v njeni geološki zgodovini možno razložiti s procesi, ki so zdaj aktivni. Doktrina, ki jo imenujemouniformitarianizem, nasprotuje do takrat uveljavljenem mnenju, da je bilo v zemeljski zgodovini več katastrof, ko je izumrlo vse življenje in so biliustvarjeni novi organizmi (tj.katastrofizem). Namesto tega je pod vplivomLamarckovega razvojnega nauka predpostavil počasno prilagajanje organizmov spreminjajočim se razmeram v okolju.
S svojim delom je močno vplival na mladegaCharlesa Darwina, ki je svojo teorijoevolucije znaravnim izborom utemeljil tudi na dejstvu da je bilo za spremembe na voljo na milijone let kot je dokazal Lyell. Postala sta prijatelja in ob izidu delaO izvoru vrst je Lyell javno zagovarjal Darwinovo teorijo, čeprav je s težavo sprejemal da nasprotujekrščanskemu nauku. Mehanizem naravnega izbora in možnost nastanka novihvrst iz obstoječih je previdno priznal šele v deseti izdajiPrinciples of Geology (1866-68) inGeological Evidences of the Antiquity of Man (1863).