农业系统的生产力不是单一指标，不同于一般的单位面积产量，而是一组指标体系。在门类上包括单位时间作物、蔬菜、果树、林木等植物生产的初级生产力和家畜、家禽、鱼类等动物生产的次级生产力，还应考虑土壤肥力的变化状况。从计量标准上包括生产产品数量、转化的效率与平衡状况。
农业生产作为一个经济过程，既要追求高产，还必须强调效率，要计量产出产品数量与消耗资源数量，以及二者之间的产投比，包括农业系统输出产品的总量与输入资源总量之间的比值，也包括初级生产与次级生产的每一子系统的生产产品与其消费资源量之比，实质上是一系列的生态效率与功能问题。提高农业系统的生产力不能只追求提高某一部门的效率，也不是简单地同等地提高各部门的效率，而应在提高农业内部每一部门效率的基础上，求得各部门之间的科学衔接，密切配合，构成合理的运转体系，才能取得整个系统总体的最佳转化效率。
当把农业生产看作各种农业生物对太阳辐射能的吸收、固定、转化体系时，人为调节控制系统可以看作是人类通过自己的劳动，耕畜、农业机械、化肥、农药的使用，种的改良以及燃料、电力的消耗等，来促进和调节太阳能的吸收、转化，以提高农畜产品的产量与品质。人劳动的消耗为每小时175千卡，役畜使役约每小时2400千卡,化肥纯氮生产约每千克17600～18400千卡，农药、农业机械、柴油、电力等也都可以用能量计算。这些能量是太阳能以外的补加能量。另一方面，各种农畜产品也可以用能量计算，如小麦为每千克3755千卡，大豆为每千克4942千卡，苹果为每千克620千卡，牛肉为每千克2070千卡，鲤鱼为每千克1150千卡,马尾松的木材为每千克4922千卡等。农业系统输出的各种农产品与输入的补加能量的能量值及其比值均可定量计算，均为评价农业系统生产力的重要指标。
农业发展战略是针对不同地区的特点，研究在化学化、水利化、机械化等方面如何分配使用有限的人力、物力才能取得更多的农产品和更高的转化效率。当不同地区环境系统的太阳辐射能量、人为调控系统的补加能量、生物系统生产出的农畜产品所含食物能量均为已知数值时，当不同地区农业系统的结构组合关系基本了解时，就可以对每一个系统、子系统的转化进行定量分析，揭示其能流的运转特点，进而探讨其改进的途径与潜力。可以调整结构比例，把农林牧渔的大农业作为一部“机器”加以检修、改造、安装，以求得产量与转化效率的最佳方案。
古人在长期的农牧渔猎生产中积累了朴素的农业知识，诸如作物生长与季节气候及土壤水分的关系、常见动物的物候习性等。如公元前4世纪希腊学者亚里士多德曾粗略描述动物的不同类型的栖居地，还按动物活动的环境类型将其分为陆栖和水栖两类，按其食性分为肉食、草食、杂食和特殊食性等类。
亚里士多德的学生、公元前三世纪的雅典学派首领赛奥夫拉斯图斯在其植物地理学著作中已提出类似今日植物群落的概念。公元前后出现的介绍农牧渔猎知识的专著等均记述了素朴的农业观点。
15世纪以后，许多科学家通过科学考察积累了不少宏观农业资料。19世纪初叶，现代农业的轮廓开始出现。如雷奥米尔的6卷昆虫学著作中就有许多昆虫农业方面的记述。瑞典博物学家林奈首先把物候学、农业和地理学观点结合起来，综合描述外界环境条件对动物和植物的影响。法国博物学家布丰强调生物变异基于环境的影响。德国植物地理学家人洪堡创造性地结合气候与地理因子的影响来描述物种的分布规律。
19世纪，农业进一步发展。这一方面是由于农牧业的发展促使人们开展了环境因子对作物和家畜生理影响的实验研究。例如，在这一时期中确定了五摄氏度为一般植物的发育起点温度，绘制了动物的温度发育曲线，提出了用光照时间与平均温度的乘积作为比较光化作用的“光时度”指标以及植物营养的最低量律和光谱结构对于动植物发育的效应等。
另一方面，马尔萨斯于1798年发表的《人口论》一书造成了广泛的影响。费尔许尔斯特1833年以其著名的逻辑斯谛曲线描述人口增长速度与人口密度的关系，把数学分析方法引入农业。19世纪后期开展的对植物群落的定量描述也已经以统计学原理为基础。1851年达尔文在《物种起源》一书中提出自然选择学说，强调生物进化是生物与环境交互作用的产物，引起了人们对生物与环境的相互关系的重视，更促进了农业的发展。
19世纪中叶到20世纪初叶，人类所关心的农业、渔猎和直接与人类健康有关的环境卫生等问题，推动了农业、野生动物种群农业和媒介昆虫传病行为的研究。由于当时组织的远洋考察中都重视了对生物资源的调查，从而也丰富了水生生物学和水域农业的内容。
到20世纪30年代，已有不少农业著作和教科书阐述了一些农业的基本概念和论点，如食物链、生态位、生物量、生态系统等。至此，农业已基本成为具有特定研究对象、研究方法和理论体系的独立学科。
20世纪50年代以来，农业吸收了数学、物理、化学工程技术科学的研究成果，向精确定量方向前进并形成了自己的理论体系：数理化方法、精密灵敏的仪器和电子计算机的应用，使农业工作者有可能更广泛、深入地探索生物与环境之间相互作用的物质基础，对复杂的生态现象进行定量分析；整体概念的发展，产生出系统农业等若干新分支，初步建立了农业理论体系。
由于世界上的生态系统大都受人类活动的影响，社会经济生产系统与生态系统相互交织，实际形成了庞大的复合系统。随着社会经济和现代工业化的高速度发展，自然资源、人口、粮食和环境等一系列影响社会生产和生活的问题日益突出。
为了寻找解决这些问题的科学依据和有效措施，国际生物科学联合会(IUBS)制定了“国际生物计划”(IBP)，对陆地和水域生物群系进行农业研究。1972年联合国教科文组织等继IBP之后，设立了人与生物圈(MAB)国际组织，制定“人与生物圈”规划，组织各参加国开展森林、草原。海洋、湖泊等生态系统与人类活动关系以及农业、城市、污染等有关的科学研究。许多国家都设立了农业和环境科学的研究机构。
和许多自然科学一样，农业的发展趋势是：由定性研究趋向定量研究，由静态描述趋向动态分析；逐渐向多层次的综合研究发展；与其他某些学科的交叉研究日益显著。
由人类活动对环境的影响来看，农业是自然科学与社会科学的交汇点；在方法学方面，研究环境因素的作用机制离不开生理学方法，离不开物理学和化学技术，而且群体调查和系统分析更高不开数学的方法和技术；在理论方面，生态系统的代谢和自稳态等概念基本是引自生理学，而由物质流、能量流和信息流的角度来研究生物与环境的相互作用则可说是由物理学、化学、生理学、农业和社会经济学等共同发展出的研究体系。
神农氏是因为什么开始种五谷呢？有一天，一只周身通红的鸟儿，衔着一棵五彩九穗谷，飞在天空，掠过神农氏的头顶时，九穗谷掉在地上，神农氏见了，拾起来埋在了土壤里，后来竟长成一片。他把谷穗在手里揉搓后放在嘴里，感到很好吃。于是，他教人砍倒树木，割掉野草，用斧头、锄头、耒耜等生产工具，开垦土地，种起了谷子。
神农氏从这里得到启发，谷子可年年种植，源源不断，若能有更多的草木之实选为人用，多多种植，大家的吃饭问题不就是解决了吗？那时，五谷和杂草长在一起，草药和百花开在一起，哪些可以吃，哪些不可以吃，谁也分不清。神农氏就一样一样的尝，一样一样的试种，最后从中筛选出的稻、黍、稷、麦、菽五谷，所以后人尊他为“五谷爷”、“农皇爷”。
中国农业的生产结构包括种植业、林业、畜牧业、渔业和副业；但数千年来一直以种植业为主。由于人口多，耕地面积相对较少，粮食生产尤占主要地位。在传统观念中，种植五谷，几乎就是农业生产的同义语。种植业即狭义农业。
50年代以后，林业、畜牧业、渔业和副业等都在原有的基础上有了增长，但它们在农业总产值构成中的比重，总的变化不大。1979年以后由于农村进行经济体制改革，并确定了“决不放松粮食生产，积极发展多种经营”的方针，农村经济从较为单一的经营向多种经营的商品经济转化林业、畜牧业、渔业和副业等都在原有的基础上有了增长，情况才开始出现引人注目的变化。