能够证明中国作物栽培起源时间的是湖南彭头山的稻作遗存，距今约有九千年，先民通过观察、探索，开始尝试种植野生植物，才有了今天的作物。而中国最原始的栽培作物之一是人们熟悉的粟、黍和稻。其中，1954年在西安半坡村新石器时代遗址中发现的碳化谷子证明中国约六七千年前已经开始栽培粟；而“后稷教民稼穑”即解释了黍稷不仅作为最早被驯化的作物之一，同时还是主要的粮食作物。但三种作物的分布区域不同，粟主要位于黄河流域，黍主要在北方地区特别是西北地区种植，而稻分布在长江流域及其以南地区。除了以上三种之外，新石器时期主要栽培作物还有油菜、大豆等油料作物，大麻、苎麻、葛等纤维作物，其中，大豆也是粮食作物。由于原始时期农业发展处于萌芽阶段，发展缓慢，人们利用自然环境，采用了刀耕火种的耕种方式，也是中国最早的农业耕种模式。此时的农具主要是石器农具和耒耜农具，农业类型可看作刀耕农业或耜耕农业，河姆渡和半坡文化是刀耕向耜耕过渡时期，大汶口文化时耜耕已占统治地位，此时工具材质以石头、骨头、木头为主。

夏商周时期，粮食作物已经有黍、稷、菽、麦、稻、粟等，《诗经》和《周礼》中都有所记载。《诗经》中提到的蔬菜作物有韭菜、冬葵、菜瓜、蔓菁、萝卜、葫芦、莼菜、竹笋等，果树也已经开始种植，主要包括榛、栗、桃、李、梅、杏、枣等，桑、花椒、大麻等纤维、燃料、药材、林木等作物也出现在人们的视野中。由于此时已经步入了青铜时期，所用农具材质开始向青铜转变，从撂荒耕作发展为休闲耕作，在栽培上应用垄作、中耕、灌溉等技术。此时精耕细作的传统农业萌芽，除了使用石铲、石锄锄草，用石镰收割之外，人们已经开始进行灌溉以及施肥、灭虫等。

春秋战国时期，豆类是粮食作物特色之一，而麦类开始有了冬麦和春麦之分。在耕作方式上，农业中开始使用铁制农具和畜力进行生产作业，其中较有代表性的是铁犁和肥料，畜力的发现使得牛耕开始推广。与此同时，耕作制度也改为连作方式，并在技术上产生了深耕、熟耰、易耨等。秦汉至南北朝时期，小麦在北方已经开始普遍种植，成为主要的粮食作物，南方主要种植水稻，形成了至今中国具有鲜明特色的农作物分区布局。就耕作技术而言，汉朝的耕地技术由于使用工具而产生了质的发展，其中耕犁已经安装了犁壁，这比欧洲早了近1000年。此时，不仅“二牛抬杠”的牛耕方法普遍应用，新型播种工具耧车的使用也进一步促进了农业的发展，温室栽培蔬菜更是与时俱进。三国时期，人口迁移使得农业的生产技术越发平衡，北方的先进技术向南方转移，同时灌溉工具翻车也是此时的科技产物。此时农作物制成品开始出现，如以大豆为主料的豆腐、豆豉，以麦类为主料的面粉等，因此农业生产结构也发生显著转变，大豆、小麦、大麦等种植面积增加。同时蔬菜中的萝卜、芹菜、芋头、韭菜等都已经开始出现。西域的葡萄、石榴、胡豆、芝麻、黄瓜、大蒜、核桃、胡萝卜等被引入中原地区。茶、甘蔗、染料作物、绿肥作物等都发展起来。南北朝时，江南稻田开始施绿肥，小麦在江南地区也得到了推广。为应对旱灾，代田、区田等抗旱栽培法形成，农具改良、兴修农田水利等促进了北方农业的大发展。间作、套作、轮作等种植方法，使土地利用率进一步提高，作物茬口布局进一步合理。

唐朝时期，粮食以水稻和粟为主，高粱、小麦向黄河流域推广。栽培技术方面，育秧移植栽培技术为水稻的轮作制度提供了更多的可能性，一年两熟开始在南方实行，两年三熟在北方推广，同时新的灌溉工具筒车出现。南北方的相互交流也促进了南方的农业发展，使南方经济超过北方。南方逐渐形成了一套与北方完全不同的耕作技术，梯田、圩田、涂田的修建更加促进了南方农业的发展。此外，此时蔬菜已经扩展到了40多种，茶马互市的出现使得茶叶生产兴盛，同时，莴苣、菠菜等从西域传入。宋朝时期，从越南引进的占城稻开始推广；棉花被从边疆进入中原地区，福建地区已经普遍种植，棉花也成为当时最重要的纤维作物。南宋后期棉花种植扩展到长江流域。茶树在南方普遍种植。经济作物甘蔗、荔枝也很兴旺。绿豆从印度半岛引进，西瓜从西域引进，先在北方种植，后引进南方，传到江南地区。元朝，棉花的种植技术传到北方，元朝中后期，棉花已经在全国普遍种植。

明清时期，水稻和小麦依然是主要的粮食作物。前期奠定的基础，使得明朝南方开始大力种植双季稻，海南还出现了三季稻。清朝时双季稻开始向江北推广，同时推广多熟种植。玉米、甘薯等开始从美洲传入中国；同时传入的还有部分蔬菜，其中包括马铃薯、番茄、辣椒、洋白菜、四季豆等；花生、烟草也随之引进内地。对于蔬菜栽培，已经利用“火室”和“地窖”等设备。甘薯从福建、浙江两省向长江、黄河流域推广。经济作物麻桑、棉花、茶叶、甘蔗、烟草种植面积扩大。

中华民国时期，农业发展正式步入以技术为支撑的近现代农业，西方的先进技术得以应用，如农业机械、化学肥料及其施用技术、农药及其施用技术、作物优良品种及其杂交育种技术等。人们对新兴作物的接受能力增强，国内外产品相互流通，国际形势变化进一步促进了中国农业的大发展，特别是经济作物和油料作物。20世纪50年代至21世纪初的半个世纪中，作物栽培进入快速发展时期。复种指数不断提高，作物育种技术更加先进，作物品种不断更新换代，作物模式化栽培、地膜覆盖栽培、无土栽培、设施栽培技术广泛推广，作物病虫害综合防治技术广泛应用，机耕、机播、机收的作物栽培面积不断扩大，使中国粮食、棉花、油料、水果的产量跃居世界首位，粮食、棉花、花生等作物的单产已高于世界平均水平。