Les idées d'Haeckel eurent une grande influence sur l'histoire de la théorie de l'évolution. Il est considéré comme le père de l'écologie, discipline qui cherche à étudier les rapports entre un organisme et son environnement et le créateur du terme écologie en 1866. Ce mot vient du grec oikos signifiant (demeure = station = milieu). Pour lui, l’œcologie (suivant sa propre graphie) désigne l’étude des relations unissant les organismes vivants.
Haeckel décrivit des centaines de nouvelles espèces. Inspiré par le linguiste August Schleicher, avec qui il était ami à Iéna, il introduisit les arbres pour la représentation de l'évolution dans la biologie. Cette idée est aujourd'hui reconnue comme caduque ; à la place on utilise actuellement les cladistiques et les phylogrammes. Haeckel proposa le premier l'idée de l'origine commune de tous les organismes, il tenait d'ailleurs pour certains la filiation à trois groupes.
L'un de ses ouvrages, Les Énigmes de l'univers fut publié à 400 000 exemplaires et traduit dans de nombreuses langues. Certains de ses ouvrages, tels que Kunstformen der Natur (Formes artistiques de la nature, 1904) sont ornés de magnifiques illustrations. C’est lui qui imagine la création d’arbres des organismes afin de montrer de façon pédagogique des exemples de l’évolution.
Il est également à l'origine de la théorie sur la « loi de récapitulation » de la phylogenèse par l'ontogenèse qu’il propose dans son livre Generelle Morphologie der Organismen de 1866. Aujourd'hui controversée, celle-ci affirmait que l'histoire du développement individuel (ontogenèse) était la récapitulation sur une courte période de l'histoire de l'espèce (phylogenèse) : ainsi un organisme parcourait tous les stades de l'évolution de l'humanité dans son évolution biologique, du stade de l’œuf à celui d’adulte. Haeckel émet aussi l’idée que l’origine de la vie fut déterminée par des facteurs physiques et chimiques comme la lumière, la présence d’oxygène, l’eau et le méthane.
On lui a reproché d’avoir été l’un des premiers à proposer une classification des races humaines en s’appuyant sur la théorie de Darwin. Selon Haeckel, les races noires étaient les plus proches du singe, tandis que les Indo-Germains (regroupant selon lui les Allemands, les Anglo-Saxons et les Scandinaves) constituaient la forme la plus évoluée de l’humanité.
En cela Haeckel était l’héritier d’une iconographie et de préjugés racistes sur la suprématie du Blanc dans le règne animal et sur les autres « races » humaines qui existaient avant le Darwinisme. En 1799, la « Gradation linéaire de la chaîne des êtres » de Charles White analysait des séries menant des oiseaux aux crocodiles, des chiens aux singes et du singe à l'homme blanc qui était placé au sommet de la pyramide des êtres.
Ernst Haeckel a vu dans la théorie évolutionniste une arme sociale. Ainsi, avec sa théorie sur la récapitulation, il veut démontrer que le noble n'a pas plus de statut particulier dans la société qu'un autre être humain. Mais paradoxalement, il s’appuie également sur cette théorie pour établir la supériorité raciale des Blancs d'Europe du Nord.
Il fonde la Ligue moniste, destinée à propager ses idées, qui est aujourd’hui considérée comme l’un des centres intellectuels où s’élaborèrent la doctrine biologico-politique du nazisme.
Selon André Pichot : « Aujourd'hui encore, certains biologistes se réfèrent à Haeckel en des termes louangeurs, en général moins pour ses travaux scientifiques (un peu oubliés) que pour la philosophie « moniste » qu'il a développée. Ces biologistes s'attachent souvent à son matérialisme et à son antipapisme, mais passent sous silence son racisme, son pangermanisme et les fantaisies un peu ésotériques de la fin de sa vie. Avec Darwin et quelques autres, Haeckel fait partie d'une sorte de panthéon scientiste de la biologie moderne. »
Pichot relève encore que le prestige et l'influence de Haeckel ont été très supérieurs à ceux de Gobineau ou Vacher de Lapouge (considérés eux comme les pères du racisme).