秦汉时期（公兀前221～公元220）中国在封建地主制基础上建立了中央集权的统一帝国，农业生产获得全面发展，黄河流域旱地农业精耕细作技术体系初步形成。

国家的统一为农业生产的发展和各民族各地区农业文化的交流创造了良好的条件，但秦始皇在经历长期兼并战争尚未恢复时，即展开更大规模的战争动员与劳役动员，使农业生产进一步遭受摧残，土地荒芜，“贫者食糟糠”。但数十万士卒，沿长城屯田戍边，对后来边远地区的开发具有一定意义。西汉刘邦采纳陆贾主张“无为而治”，予民休息。对外实行安抚政策，节省民力；对内省禁约法，复员军队，释放奴婢，安置田宅，薄收田税，“什伍而税一”，清查户口，建立户籍，招抚流亡贫民，组织劳力归田，劝课农桑，发展社会经济。文帝采纳晁错（公元前200～前154）建议“以边土养边民，以边民守边土”，移民实边，减轻粮秣“输将之难”并诏减天下田租，三十税一，以示重本，景帝继之，于是“天下殷富”。武帝初年，政府有大批粮食贮备，人民生活有明显改善。西汉前期70多年的休养生息政策，产生了显著效果。在此基础上汉武帝开拓疆土，内外兴作，掀起大规模屯田实边和农田水利建设高潮，各民族间农业文化交流空前活跃。但由于使用民力过甚，社会危机显露，武帝晚年和昭帝、宣帝重新实行与民休息的政策，推广先进农具和技术，使农业生产继续发展。西汉末年由于土地兼并的激烈和王莽的倒行逆施，经济崩溃，导致农民大起义。东汉政权建立后，局部调整了生产关系，注意治理黄河和兴修水利，农业生产又获得恢复和发展。

黄河流域是当时全国经济政治中心，铁犁牛耕普及，土地基本获得了开发，形成中国最早的地区，粮食作物、经济作物、园艺作物、畜牧业、蚕桑业、渔业、林业均获得较大的发展，并出现了较大规模的商品性经营。但江淮地区及以南仍地广人稀，流行比较粗放的的稻作方式；距中原较远的边疆地区也获得不同程度的开发，并依据自身的自然条件，或偏重于种植业，或偏重于畜牧业，形成各自的经济特点。

这一时期农田水利建设出现高潮。秦初的灵渠，主要目的虽为航运，附近农田亦得以灌溉。西汉文帝时，蜀郡太守文翁穿煎㳛口溉繁畤田千七百顷。武帝时，在陕西关中引泾、渭、洛水，修六辅渠、郑白渠、漕渠、成国渠、龙首渠，并在渭河以南建灵轵渠、渠，开发自然溪流和泉水，扩大灌溉面积，东汉初这一带犹“粳稻陶遂，亩价一金”。在河东引汾水灌皮氏，引河水灌汾阴、蒲坂下。江淮流域，水利建设重点为南阳、汝南、庐江、广陵诸郡。广陵郡，章和元年（公元87）马棱兴复陂湖，溉田2万余顷，初平（190～193）中陈登修陈公陂。章帝初，王景为庐江太守，修复芍陂。汝南郡以鸿隙陂最为著称，也叫鸿郤陂，东汉初太守邓晨（？～49）“因地势高下，起塘400余里”，永平五年（62），鲍昱修“方梁石洫，溉田倍多”。南阳郡，西汉元帝时太守召信臣在汉水支流的白河、唐河流域修水利工程数十处，溉田多至3万顷。这一时期的水利工程和扩大垦田密切配合。西汉屯田始于文、景，武帝时兵力所到之处，同时修筑大规模的渠系，开展军垦，元狩四年（公元前119）“自朔方以西至令居，往往通渠，置田官卒五六万”，元鼎三年（公元前114）由陕北至甘肃西北沿边“斥塞卒六十万人戍田之”，以后，扩展到新疆的轮台、渠犁、伊循、楼兰和车师等。宣帝时赵充国（公元前137～前52）破先零羌，屯田湟水流域。以军屯为先行，民屯也大规模进行，由元朔二年至元狩六年（公元前127～前117），先后徙关东贫民130余万口，以实朔方、北地、上郡、陇西等，并先后置武威、酒泉、张掖、敦煌四郡。移民所到之处，“益垦溉田”。马援守陇西，在破羌以西“开导水田，劝以耕牧”。和帝时，金城郡都尉曹凤、长史上官鸿、侯霸相继在湟水上游和黄河两岸屯田。黄河中下游和江淮流域，随着水利建设的发展，垦田亦不断扩大，惟黄河流域以灌为主，江淮则排、灌结合。东汉永元（89～105）初何敞迁汝南太守，他整修鲖阳旧渠，垦田增3万余顷。元和三年（86）张禹修蒲阳陂，成熟田数百顷。永和五年（140）马臻守会稽，修鉴湖，污菜之地得溉田9000余顷。建武中杜诗守南阳，复修召信臣故业，益得灌溉之利，“广拓土田”。

汉代铁农具的使用已由中原扩展到辽宁、内蒙古、云、贵、闽、越和西北广大地区，主要种类有铧、䦆、锸、铲、镰等。全铁铧多发现于西汉中期，陕西关中尤多。中国传统框形犁已具雏形。是这一时期的重大发明。用于场院的竹耙，始见于王褒《僮约》。石碾首见于《通俗文》，石转磨和风车已广泛使用，用于稻谷脱壳的砻的使用不迟于东汉。毕岚所作“翻车、渴乌”大致是三国时马钧所制翻车的雏形。马钧所制翻车，即后来的龙骨车。牛耕，同铁农具一样，已推行到边远地区。目前所见牛耕图最早的为西汉末年，多数为东汉时的。东汉时，牛耕已占重要地位，“牛乃农耕之本”。犁耕采用二牛抬杠方式，即所谓耦犁。

作物耕作栽培技术基本保留于西汉的（辑佚）和东汉的。前者堪称世界第一部作物栽培学著作，后者为第一部月令类农书。《氾胜之书》提出：“趋时，和土，务粪泽，早锄，早获”的耕作栽培技术总原则，首次概括了农业生产技术的整体性与综合性。它综述了耕田、收种、溲种，并分别记述了禾、黍、麦、稻、稗、大豆、小豆、麻、枲、桑以及瓜、瓠、芋等栽培技术；突出总结了保墒抗旱技术；开创了禾、麦混合选种法；首次提出稻田灌溉调节水温的方法，禾、黍防治霜露冻害的方法，以及“溷粪”、“蚕矢”、“羊矢”等粪肥的施用技术等；粮食作物轮作复种萌芽，开始实行粮、菜套种和桑黍混种。到东汉，各种作物的耕作栽培技术进一步深入发展，水稻已实行“别秧”种植。

汉代耕作栽培技术成就集中地反映在当时推行的和中。区田法是西汉时氾胜之总结于陕西关中的一种充分利用土地，集中使用水肥，实行集约经营的耕作法，其效能为防旱保收，并在单位面积上获得高产。区田种植有两种形式：一是方形区田，一是带状区田。带状区田用良田平地，要求深耕作区，粪大水足，精耕细作；方形区田适于零星土地挖区种植。代田法是汉武帝时赵过创行的保墒抗旱耕作法：“一畮（亩）三甽，岁代处。”是战国畎亩法的发展。这种耕作法亩产比普通田增加一斛以上。武帝时曾积极推广，武帝以后“边城、河东、弘农、三辅，太常民皆行代田”。

这一时期，以粮食为中心的多种经营思想更加明确，农业生产包括：五谷蕃殖，养育六畜，种植菜茹果蓏和女修蚕织等。龚遂守渤海，“劝民务农桑……口种一树榆，百本薤，五十本葱，一畦韭，家二母彘，五母鸡……秋冬课收敛益，蓄果实菱芡。”这大致可以代表当时的农业生产结构。

粮食作物菽的地位进一步提高。冬小麦在黄河中下游已占重要地位，关中武帝时迅速推广，成帝时氾胜之“督三辅种麦，而关中遂穰”。穬麦（即稞大麦、元麦）的栽培，始于东汉。雀麦（瞿麦、燕麦）记载始见《尔雅》。水稻主要分布于江淮，黄河中下游的种植也日益扩大。此外，稗作为备荒作物或家畜饲料，进入栽培行列。菰，又名苽、蒋，其子实为雕胡。春秋战国时虽已食用，其栽培方法则见于西汉。麻，故齐鲁旧地已成为特产区。染料作物除蓝外，栀、茜也开始栽培。油料作物有胡麻。苜蓿，在西汉中叶后，开始栽培于黄河中下游。糖料作物，甘蔗（柘、藷、蔗）由岭南扩展到湖北，并进入河南南阳一带。特种作物茶由巴蜀扩展到湖南。

园与圃已明确分工，“种菜曰圃”，“园，所以果树也”。东汉豪强地主的宅院多是“场圃筑前，果园树后”。果树种类，早见于文献的有枣、栗、桃、李、柰、查、棠、杏、梅、柑、橙、柿等。卢桔（枇杷）、杨梅、蒲陶（葡萄）、离支（荔枝）、龙眼，林檎、安石榴、槟榔、留球子、千岁子、橄榄等，始见记录。其中蒲陶、安石榴由西域传入，胡桃犹包括在桃内。很多果树已有不少优良品种，如“瀚海梨”、“西王枣”等。蔬菜已进入栽培的有20余种，除葵、韭、瓜、瓠、芥、小葱、小蒜、芋外，始见记载的有芜菁、胡葱、胡蒜、薤、蓼、苏、荠、蘘荷、豍豆、苜蓿。其中胡豆、胡麻由西域传入。蔬菜中辛香类比重很大，良种以“东陵瓜”最为有名。

蔬菜栽培技术全面发展，突出的成就有：为培育大葫芦而创造的瓠的嫁接和摘心技术，区种瓜的渗灌技术，以及秦时冬种瓜，西汉时利用室内加温冬生葱韭菜茹。东汉时培育“不时之物”的催芽和促成栽培技术等。果树栽培技术出现较晚，东汉始见；压条繁殖和修剪整形已有记载。

畜禽以马最著。秦马类似蒙古马种。西汉一再引进西域良马，东汉桓帝时由朝鲜引入果下马（矮马）。此外，驴、骡、骆驼等所谓“奇畜”大批传入中原。牛、羊、猪、鸡、鹅、鸭等皆普遍饲养，也出现了带有地方特色的良种。畜牧饲养上，铡刀出现，实行“斩刍”（铡碎）饲喂，并实行“夜半益刍”。苜蓿的引进，“茭”的种植，丰富了青饲料。猪实行“溷”养，并总结以瓠瓤喂猪和以梓叶与桐花喂猪致肥的经验，还创造了“麻盐肥豚法”，实行催肥。汉武帝时为著名的牧羊能手。

兽医割术，西汉出现水割法。临淄王的马掌（兽医）冯信创诊脉术。牛马疫病的辨症论治与方药选用均有较高水平。马的护蹄技术先秦用“革鞮”，西汉用“务掌”（打马掌或修蹄）。