除了天文、曆算之外，徐光啟用力最勤、收集最廣影響最深遠的還要數農業與水利方麵的研究了。因此，在他豐富的著述中也以《農政全書》最為重要。
《農政全書》是是一部集中國古代農業科技之大成的著作。其中又貫穿著徐光啟治國治民的“農政”思想。《農政全書》按內容大致上可分為農政措施和農業技術兩部分。前者是全書的綱，後者是實現綱領的技術措施。所以在書中人們可以看到開墾、水利、荒政等等一些不同尋常的內容，並且占了將近一半的篇幅，這是其他的大型農書所鮮見的。
《農政全書》轉錄了很多古代和農時代的農業文獻，對前人的著作，徐光啟分糟粕與精華，有批判地存錄，也附有自己的見解。如對《唐新修本草》注中所說菘（即白菜）北移都變蕪菁，蕪菁南移都變菘的錯誤，就以自己在家鄉種植蕪菁的實踐說明蕪菁不會變為菘，並解釋了蕪菁南移根變小的原因和在南方培養大根的方法。這很便於參考使用。徐光啟自己撰寫的有六萬多字，占全書篇幅的八分之一，但都是他經過親自試驗和觀察之後取得的材料寫成的，科學性較強。 徐光啟在《農政全書》中寫的專題部分，值得重視的有：在墾田與水利方麵，他主張治水與治田要相結合。當時的情況是，一方麵西北方有著廣闊的荒地棄而不耕；另一方麵京師和軍隊需要的大量糧食要從長江下遊啟運，耗費驚人。為了解決這一矛盾，他提出在北方實行屯墾，屯墾需要水利。他在天津所做的墾殖試驗，就是為了探索扭轉南糧北調的可行性問題，以借以鞏固國防，安定人民生活。《農政全書》是一部很有價值的古農書。
徐光啟之所以能夠在雜采眾家的基礎上兼出獨見，是與他的勤於谘訪，不恥下問的好學精神和破除陳見，親自試驗的科學態度分不開的。徐光啟一生以儉樸著稱， “於物無所好，唯好經濟，考古證今，廣谘博訊。遇一人輒問，至一地輒問，聞則隨聞隨筆。一事一物，必講究精研，不窮其極不已。”
簡評：
處處留心皆學問，徐光啟身體力行，筆耕不輟，終獲累累碩果。他是明代傑出的科學家，是具有近代思想氣息的學者，也是中國曆史上進行東西方文化比較的第一人。