徐光启作为中西文化交流的先驱之一，对中国近代科学的发展起到了巨大的促进作用。他不但和利玛窦合译《几何原本》，还主持编写了一部一百三十多卷的《崇祯历书》，并著有《徐氏庖言》、《兵事或问》等军事著作，他的科学成就是多方面的，不过，他一生用力最多、成就最大的却是农业和水利方面的研究，其主要代表作就是著名的农学著述《农政全书》。
徐光启认为，农业是一切之根本，所以他充分利用一切空闲时间，在北京、天津和上海等地设置了试验田，亲自进行各种农业技术实验。《农政全书》就是他在赋闲期间一点一点积累而成的。
万历三十五年（1607年），徐光启回乡为父亲守孝，然后在家乡开辟了田地进行农业实验。在此后的三年时间里，他总结出许多农作物种植、耕作的经验，写了《甘薯疏》、《种棉花法》和《代园种竹图说》等农业著作。万历四十一年（1613年），徐光启辞去公职并来到了天津，在天津继续进行农业实验，一待就是五年。三年之后，徐光启又来到了天津，在天津进行了更大规模的农业实验，并撰写了《宜垦令》和《农遗杂疏》等农业著作。这些专门从事农业实验与撰写农业著作的经历，使他积累了丰富而又宝贵的资料，为徐光启日后编撰《农政全书》奠定了坚实的实践和理论基础。天启二年（1622年），徐光启告病返乡，可是依然继续进行农业实验，并为撰写《农政全书》搜集、整理资料，以便将他毕生的心血流传下来。到崇祯元年（1628年），《农政全书》已经基本写成，不过由于徐光启此时刚好官复原职，到任后即着手修订历书，所以无暇顾及《农政全书》的最后修订工作。崇祯六年（1633年），徐光启去世，直到徐光启死后的第六年，《农政全书》才由其弟子陈子龙等人负责修订、定名并出版。
《农政全书》有六十卷，十二目，共五十多万字，全书以“农本”为主导思想，既收录了前人总结的农业技术和农政思想，又增加了作者从农业和水利方面的实践中获得的科研成果，内容覆盖农本、田制、农事、水利、农器、树艺、蚕桑、种植、畜牧、制造、荒政等，目的是提倡因地制宜、充分利用土地资源，以达到富国利民的目的，它完全适应中国这一泱泱农业大国的需要。
其中，荒政的篇幅占全书的首位，有十八卷之多，由此可见徐光启是非常重视备荒救灾的，其出发点虽然是为了维护封建统治者的利益，但这些主张同时也给国民带来了实实在在的好处。《农政全书》中收录的《救荒本草》与《野菜谱》，无论是在荒年还是丰年都具有造福国民的作用，非常具有实用价值。
徐光启大力主张用垦荒和开发水利的方法来发展北方的农业生产。中国自魏晋以来就经常以北方为政治中心，所以朝廷每年都需要耗费巨资在漕运方面，以达到南粮北调的目的，给国家财政带来了巨大的负担。为了解决这一问题，徐光启提出了利用垦荒、水利、移民等方法发展北方农业的主张，以及能够进一步提高南方作物产量的旱作技术，例如种麦避水湿、与蚕豆轮作等增产技术，另外还总结出了蝗虫虫灾的发生规律和治蝗方法。
此外，徐光启还对主要产于北方的棉花在东南地区的种植和推广进行了许多研究，切实提出了“精拣核、早下种、深根短干、稀稞肥壅”这十四字的增产字诀。据统计，《农政全书》中记载的一百五十九种栽培植物都是国人千百年来衣食住行的来源，而且其形态、特征、价值以及栽培方法大多信而有征，因为它们都是徐光启禀着审慎的科学态度旁征博引历代的文献，又进行实地调查才写出来的。所以，人们在阅读《农政全书》时，不仅能够了解到有关古代农业的百科知识，还可以体会到一位古代科学家严谨而求实的态度。
《农政全书》基本上囊括了古代农业生产和人民生活的各个方面，而其中又贯穿了徐光启富国强民的农政思想，这一思想使得《农政全书》不同于其他的大型农书，成为与北魏贾思勰的《齐民要术》齐名的一大农学著述。
