Ilmu pertanian (agricultural science) adalah bidang kajian luas yang mempelajari pertanian. Sebagaimana rumpun ilmu kesehatan, bidang ini merupakan bagian dari rumpun ilmu-ilmu hayati (biosains) yang bersifat terapan dan multidisiplin. Dengan inti biologi, ilmu ini mendayagunakan pula matematika, statistika, ilmu pengetahuan alam, ilmu ekonomi dan sosial, serta berbagai teknologi dari rumpun keilmuan lainnya. Ilmu pertanian tidak serta-merta sama dengan pertanian maupun agronomi (ilmu pendayagunaan tanaman). Pertanian adalah serangkaian aktivitas yang mengubah lingkungan untuk menghasilkan produk hewani dan nabati yang bermanfaat bagi manusia. Agronomi adalah kajian yang terkait dengan budidaya serta pemanfaatan lain tanaman. Ilmu pertanian mencakup budidaya tumbuhan dan hewan, di darat maupun di air.
Ilmu pertanian mencakup riset dan pengembangan di bidang:
- Metode produksi (misal manajemen irigasi, input nitrogen yang direkomendasikan)
- Peningkatan produktivitas pertanian dalam hal kuantitas dan kualitas (seleksi tanaman dan hewan yang tahan kekeringan, pengembangan pestisida baru, teknologi penginderaan hasil, simulasi model pertumbuhan tanaman, kultur sel in vitro)
- Pengubahan produk primer menjadi barang konsumsi (mulai dari produksi, pengawetan, dan pengepakan)
- Pencegahan dan perbaikan kerusakan lingkungan (konservasi tanah, degradasi tanah, manajemen sampah, bioremediasi)
- Ekologi produksi teoretis, terkait permodelam produksi tanaman
- Peningkatan pertanian subsisten yang memberi makan sebagian besar orang miskin di dunia. Sistem ini menarik perhatian karena mempertahankan integrasi dengan sistem ekologi alam lebih baik dari pertanian industri, yang mungkin lebih berkelanjutan dibandingkan sistem pertanian modern
- Produksi bahan pangan berdasarkan permintaan global. Lihat kebijakan pertanian.