Al llegar el siglo XVI, la población europea iba en aumento, y la producción agrícola entró de nuevo en una fase de expansión.

Allí y en otras áreas, la naturaleza de la agricultura habría de cambiar mucho en los siglos venideros. Había varias razones para ello. Europa había quedado aislada de Asia y Oriente Próximo por la extensión del poderío turco. Se estaban poniendo en práctica nuevas teorías económicas, que afectaban directamente a la agricultura. Además, las guerras continuadas entre Inglaterra y Francia, en el seno de ambos países y en Alemania consumían capital y recursos humanos.

Se inició un nuevo periodo de exploraciones y colonización para intentar soslayar el control por parte de Turquía del comercio de especias, para dar un hogar a los refugiados religiosos, y para obtener recursos para unas naciones europeas que estaban convencidas de que la única riqueza eran los metales preciosos.

El descubrimiento de América favoreció el hallazgo de especies vegetales y animales hasta entonces desconocidas en Europa. La agricultura colonial comenzó no sólo para proveer de alimentos a los colonizadores, sino también para producir cosechas comerciales y suministrar alimentos a la metrópolis. Esto representaba el cultivo de productos como el azúcar, el algodón, el tabaco, la papa o patata, el tomate y el té, así como la producción de productos animales tales como lana y pieles. De los siglos XV al XIX el comercio de esclavos se encargó de aportar la mano de obra necesaria. Los esclavos procedentes de África, por ejemplo, trabajaban en el Caribe en plantaciones de azúcar, y en Norteamérica en plantaciones de índigo y algodón. La primera sociedad colonial se sustentó en la explotación de la mano de obra indígena, entonces abundante, asegurada por la esclavitud y la encomienda, que transformó la estructura social del mundo indígena. Los prisioneros procedentes de Europa, sobre todo de las cárceles inglesas, aportaron tanto mano de obra cualificada como no cualificada en muchas colonias americanas. En última instancia, no obstante, tanto la esclavitud como la servidumbre fueron erradicadas en el siglo XIX. Véase también Plantación.

Cuando fueron descubiertos por los conquistadores españoles, las civilizaciones más avanzadas del Nuevo Mundo disfrutaban de economías agrícolas desarrolladas, pero carecían de animales de tiro y desconocían la rueda. Los clanes y otros grupos consanguíneos, o de tribus dominantes que habían creado sofisticados sistemas de gobierno, poseían la tierra, a la que no tenían acceso como propietarios los particulares o las familias individuales. En el siglo XVI habían desaparecido ya varias civilizaciones en Centroamérica y Sudamérica. Las que conocieron los españoles fueron las de los aztecas, los incas y los mayas.

La revolución científica producto del renacimiento y el Siglo de las Luces en Europa favoreció la experimentación en la agricultura así como en otros campos. La experimentación y el error en el cultivo de plantas condujo a la mejora de las cosechas, y se desarrollaron algunas variedades nuevas de ganado vacuno y ovino. Especialmente notable fue la vaca Guernsey, que incluso hoy sigue siendo una especie apreciable como productora de leche. El proceso de parcelación (enclosura) se aceleró enormemente en el siglo XVIII, y los propietarios de tierras pudieron determinar la disposición de tierras y pastizales, anteriormente sometidos al uso común. La rotación de los cultivos, alternando las legumbres con el grano, fue practicada con más entusiasmo al desaparecer el sistema de franjas heredado del periodo feudal. En Inglaterra, donde la agricultura científica era especialmente eficaz, la enclosura produjo una reorganización fundamental de la propiedad de la tierra. Desde 1660 en adelante, los propietarios de las mayores superficies habían empezado a incrementar el tamaño de sus posesiones, a menudo a expensas de pequeños agricultores independientes. Cuando llegó la era victoriana, el modelo agrícola se basaba en la relación entre el terrateniente, dependiente de las rentas; el agricultor, que producía las cosechas; y los jornaleros sin tierras. El drenaje hizo cultivables más tierras y, con la Revolución Industrial, surgió la maquinaria agrícola.

No es posible fijar con claridad una década o una serie de acontecimientos como comienzo de la revolución agrícola a través de la tecnología. Entre los adelantos más importantes están la crianza selectiva de ganado, iniciada a comienzos de 1700, y la dispersión de caliza en las tierras de cultivo a finales de ese mismo siglo. Las mejoras mecánicas del arado tradicional comenzaron a mediados del siglo XVII con la fijación de pequeñas puntas de hierro a la madera mediante tiras de cuero. En 1797, Charles Newbold, un herrero de Burlington, Nueva Jersey, introdujo el arado de reja de hierro fundido. La reja voltea la tierra y la empuja a un lado; este tipo de arado sigue siendo hoy el más utilizado. John Deere, otro herrero estadounidense, mejoró aún más el arado en la década de 1830 y lo fabricó en acero. Otros inventos notables incluyen la sembradora del agrónomo inglés Jethro Tull, desarrollada a comienzos del siglo XVIII y progresivamente mejorada durante más de un siglo; la segadora del norteamericano Cyrus McCormick, creada en 1831; y multitud de trilladoras, cultivadoras, cortadoras de grano y hierba, rastrilladoras y desgranadoras de maíz. A finales del siglo XIX, se empleaba a menudo el vapor para reemplazar la energía animal en el arrastre de arados y en el accionamiento de máquinas trilladoras.

La demanda de alimentos para los trabajadores urbanos y de materias primas para la industria produjo una reestructuración del comercio mundial. Ciencia y tecnología desarrolladas con fines industriales fueron aplicadas a la agricultura, dando lugar finalmente al nacimiento de la industria agrícola de mediados del siglo XX.

En los siglos XVII y XVIII se efectuaron los primeros intentos sistemáticos por estudiar y controlar las plagas. En épocas anteriores a éstas la recogida manual y las fumigaciones eran los métodos habituales para el control de plagas. En el siglo XIX se desarrollaron varios tipos de venenos para su empleo en forma de fumigaciones; también se usaron medios biológicos de control como los insectos depredadores. Se cultivaron variedades resistentes de plantas; esto último tuvo especial éxito en los viñedos europeos, en los que se injertaron tallos europeos no resistentes en cepas radiculares americanas que sí lo eran para luchar contra el áfido filoxera tras su introducción accidental en Francia.

Los avances en el transporte afectaron también a la agricultura. Las carreteras, canales y ferrocarriles permitieron a los agricultores obtener los suministros necesarios y comercializar sus productos en un mercado más amplio. Los alimentos podían protegerse durante el transporte y era posible trasladarlos a menor coste gracias a los trenes, los barcos y la refrigeración, avances producidos a finales del siglo XIX y principios del XX. El uso eficaz de estos adelantos llevó a una creciente especialización y, en ocasiones, a cambios en la localización de los proveedores agrícolas. En el último cuarto del siglo XIX, por ejemplo, los proveedores de grano australianos y norteamericanos desplazaron a los europeos en el mercado del viejo continente. Cuando la producción de grano dejaba de ser rentable para los agricultores europeos, o un área era urbanizada, se potenciaban las industrias lácteas, la producción de queso y otros productos.

El paso hacia un incremento en la producción en el periodo posterior a la II Guerra Mundial fue el resultado de una nueva explosión demográfica. La necesidad de más alimentos fue paliada en parte por la llamada revolución verde, que implicó el cultivo selectivo de cosechas tradicionales en busca de mayores rendimientos, nuevos híbridos, y métodos de cultivo intensivo adaptados a los climas y condiciones culturales de países densamente poblados como India. La crisis mundial del petróleo a mediados de la década de 1970, no obstante, redujo el abastecimiento de fertilizantes nitrogenados necesarios para el éxito de las nuevas variedades. Simultáneamente, un clima errático y desastres naturales como la sequía y las inundaciones redujeron las cosechas en todo el mundo. Parecía inminente el hambre en el subcontinente indio, y la hambruna se generalizó en muchas partes de África al sur del Sahara. La situación económica, en especial la inflación descontrolada, amenazaban por igual al productor y al consumidor de alimentos. Estos problemas se convirtieron en los factores determinantes del cambio y el desarrollo agrícolas.