El final del neolítico y la introducción de los metales, prácticamente llegó a su fin con la era de las innovaciones en la agricultura. El próximo periodo histórico, conocido a través de información escrita y dibujada, incluyendo la Biblia, los registros y monumentos de Oriente Próximo y escritos chinos, griegos y romanos, estuvo focalizado en las mejoras de las técnicas ya existentes. Existen una serie de hitos que sirven para diseñar un boceto del avance en el ámbito mundial de la agricultura en esta era, que engloban, a grandes rasgos, desde 2500 a.C. hasta 500 d.C. Algunas plantas comenzaron a alcanzar relevancia. Las uvas y el vino se mencionan en registros egipcios ya en torno al 2900 a.C., y el comercio de aceite de oliva se encontraba ya extensivo en el área del Mediterráneo en el primer milenio a.C. El centeno y la avena se cultivaban en el norte de Europa hacia el año 1000 a.C. En América, el maíz fue el cereal más divulgado.
Muchas verduras y frutas, incluyendo cebollas, melones y pepinos, se cultivaban en el tercer milenio a.C. en Ur. Los dátiles e higos eran una destacada fuente de azúcar en Oriente Próximo, y en el área del Mediterráneo se cultivaban la manzana, la granada, el melocotón y la mora. El algodón se cosechó e hiló en India hacia el año 2000 a.C., y el lino y la seda se utilizaban mucho en China a lo largo del segundo milenio. En Asia central y las estepas rusas se fabricaba devototro a partir de lana de ovejas.
El caballo, introducido en Egipto en torno al 1600 a.C., era ya conocido en Mesopotamia y Asia Menor. El carro de bueyes de cuatro ruedas para trabajos agrícolas y los carruajes de dos caballos eran familiares en el norte de India en el segundo milenio a.C.
El perfeccionamiento de las herramientas y el equipamiento fue de especial relevancia. Las herramientas de metal eran más duraderas y eficaces, y el cultivo se vio impulsado gracias a la ayuda de útiles como el arado tirado por bueyes provisto con una reja metálica, descubierto en el siglo X a.C. en Palestina. En Mesopotamia, en el tercer milenio a.C. se agregó un dispositivo en forma de embudo al arado con el propósito de plantar las semillas, y en China se emplearon igualmente otras formas antiguas de sembradora. La trilla se realizaba con ayuda de animales en Palestina y Mesopotamia, aunque la recogida, el empaquetado y el tamizado seguían siendo manuales. Egipto conservó la siembra manual a lo largo de este periodo, tanto en pequeñas explotaciones como en grandes características.
Mejoraron los métodos de aglomeramiento del aceite y el grano. Los graneros, cisternas secas, silos y recipientes de uno u otro tipo empleados para acumular grano, sustentaban a las poblaciones de las ciudades. Lo cierto es que, sin un abastecimiento adecuado y sin el comercio de alimentos y productos no alimentarios, las civilizaciones avanzadas de Mesopotamia, el norte de India, Egipto y Roma no hubieran sido posibles.
Los sistemas de irrigación usados en China, Egipto y Oriente Próximo eran muy preparados, y permitieron explotar una mayor superficie de tierra. En Sumer, el trabajo empujado de los campesinos y la burocracia desarrollada para traza un plan parar y supervisar los trabajos de irrigación, seguramente fueran básicos para el avance de las ciudades estado de Sumer. Los molinos de viento y de agua, desarrollados a finales de la etapa romana incrementaron el control sobre las múltiples incertidumbres climáticas. La introducción de fertilizantes, en su mayoría estiércol de animales, y la rotación de cultivos dejando tierras en barbecho hicieron más productiva la agricultura.
Las explotaciones mixtas y la cría de animales florecían en las islas Británicas y en Europa continental; aparecieron hasta Escandinavia a comienzos de este periodo histórico, donde exhibieron un modelo que perduraría a lo largo de los siguientes 3.000 años. La caza y la pesca, dependiendo de las regiones, complementaban los alimentos cultivados por los agricultores.
Poco después del gobierno de Julio César, el historiador romano Publio Cornelio Tácito describía a los germanos como una sociedad tribal de guerreros campesinos libres, que cultivaban sus propias tierras o las dejaban para ir a el conflicto bélico. Unos 500 años después, la aldea europea peculiar consistía en un núcleo de casas cercado de campos cultivados de forma tosca y compuestos por explotaciones privadas; los valles, bosques y tierras sin emplear eran empleados por toda la comunidad. Los bueyes y el arado pasaban de un campo a otro, y la cosecha era un esfuerzo cooperativo.
Al parecer, Roma inició como una sociedad rural de agricultores independientes. En el primer milenio a.C., tras la instauración de la ciudad, la agricultura promovió un desenvolvimiento capitalista que alcanzó su apogeo en la era cristiana. Las grandes características que abastecían a las ciudades del Imperio se encontraban en manos de propietarios ausentes y eran aprovechadas por mano de obra esclava bajo la supervisión de capataces empleados. Al ir disminuyendo el número de prisioneros, habitualmente cautivos de guerra, iban siendo reemplazados por trabajadores en régimen de arrendamiento. La villa romana peculiar de la era cristiana se aproximaba al sistema feudal de organización; los prisioneros y los arrendatarios manumitidos se veían empujados a trabajar con arreglo a un horario, y los arrendatarios pagaban una proporción fija de la producción al propietario. Ya en el siglo IV d.C., la figura del siervo se encontraba firmemente establecida, y el arrendatario se encontraba relacionado a la tierra.
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