中国古代的轮作制发端于春秋战国时代，《吕氏春秋•任地》所说“今兹美禾，来兹美麦”可视作最早的粟、麦轮作记录。汉代轮作制有了进一步的发展，《氾胜之书》中区种麦条有“禾收……区种”的记载，如果隔年麦收再种一茬禾，则是一种两年三熟制。又郑玄注《周礼·地官·稻人》引郑众语说：“今时谓禾下麦为荑下麦，言芟刈其禾于下种麦也。”注《周礼·薙氏》又说：“今俗谓麦下为夷下，言芟夷其麦以种禾豆也。”郑玄是东汉末年人，而郑众是东汉初年人，说明东汉时期“禾—麦—豆”的两年三熟制也有可能存在了。

北魏时期的《齐民要术》则对作物轮作的理论与技术进行了系统总结。当时认为大多数作物都需要合理轮作，如“谷田必须岁易”“麻，欲得良田，不用故墟”“稻无所缘，唯岁易为良”等。因为谷子连作就会“莠多而收薄”，麻连作就会有“点叶夭折之患”，稻连作就会“草稗俱生，芟亦不死”。从理论上阐明了合理轮作不仅利于消灭杂草和减轻病虫危害，而且有利于提高农作物产量，为轮作制奠定了理论与技术的初步基础。《齐民要术》在分析比较不同作物适宜茬口（底）的基础上，得出了豆类是谷类作物良好前作的结论，从而确立了豆谷轮作的格局，还总结了绿肥轮作的经验，并称其为“美田之法”，而确立了用地与养地结合“以田养田”的原则。《齐民要术》所载的轮作制在北方具有代表性，18世纪中叶以后，山东、河北、陕西关中等地已普遍实行了三年四熟或二年三熟的轮作制。

稻、麦两熟是水旱轮作制度史上的一件大事。中国境内最早出现的稻、麦两熟制文献记载是在唐朝时的南诏地区（即今云南），樊绰在《蛮书•云南管内物产》曾说：“自曲靖州已南，滇池已西，土俗唯水田……从八月获稻，至十一月十二月之交，便于稻田种大麦，三月四月即熟。收大麦后，还种粳稻。”入宋以后，日渐成为江淮地区较为广泛、稳定的轮作制度。稻、麦两熟制除了具有减轻病虫草害、保持地力和提高粮食产量的优势，还有利于解决南方地少人多的矛盾，是古代农业技术和经济的一大进步。

明清以降，中国南北都继承和发展了合理轮作的优良传统，南方形成了多种形式的水旱轮作制，北方则形成了以豆谷轮作为基础的旱作轮作制，从而使水旱轮作、豆谷轮作、绿肥轮作相互配合，构建了用养结合的特色轮作体系。另外，还有禾谷类作物轮作、粮食与经济作物轮作、草田轮作等其他形式的轮作制，长期以来在各地亦有分布。