ในปี พ.ศ. 2447 พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวมีพระราชวินิจฉัยให้อุดหนุนการทำไหมและทอผ้าของประเทศ[15] ทรงได้ว่าจ้าง ดร.คาเมทาโร่ โทยาม่า (Dr. Kametaro Toyoma) จากมหาวิทยาลัยโตเกียว[16][17] ทดลองเลี้ยงไหมตามแบบฉบับของญี่ปุ่น รวมทั้งสอนและฝึกอบรมนักเรียนไทยในวิชาการเลี้ยงและการทำไหม โดยมีพระเจ้าบรมวงศ์เธอ กรมหมื่นพิไชยมหินทโรดม พระราชโอรสในพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ซึ่งดำรงตำแหน่งอธิบดีกรมช่างไหม กระทรวงเกษตราธิการในขณะนั้น ทรงจัดตั้ง "โรงเรียนช่างไหม"[18] ขึ้นเมื่อวันที่ 16 มกราคม พ.ศ. 2447[19] ณ ท้องที่ตำบลทุ่งศาลาแดง กรุงเทพมหานคร ซึ่งนับว่าเป็นสถาบันการศึกษาอันเกี่ยวกับการเกษตรแห่งแรก จากนั้นได้เปลี่ยนชื่อจากโรงเรียนช่างไหมเป็น "โรงเรียนวิชาการเพาะปลูก" ในปี พ.ศ. 2449 เนื่องจากมีวิชาการเพาะปลูกพืชอื่น ๆ เข้ามาประกอบ

ต่อมา โรงเรียนเกษตราธิการ ได้ถือกำเนิดขึ้น ในวันที่ 28 พฤศจิกายน พ.ศ. 2451 ณ วังประทุมวัน[20] โดยที่กระทรวงเกษตราธิการได้ทำการรวบรวมโรงเรียนที่อยู่ในสังกัดของกระทรวง 3 โรงเรียน คือ โรงเรียนแผนที่ (จัดตั้งขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2425) โรงเรียนกรมคลอง (จัดตั้งขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2448) และโรงเรียนวิชาการเพาะปลูก เป็นโรงเรียนเดียวกันเพื่อผลิตคนเข้ารับราชการในกรมกองต่าง ๆ ของกระทรวงเกษตราธิการ ถือได้ว่าเป็นหลักสูตรระดับอุดมศึกษาวิชาเกษตรศาสตร์ หลักสูตรแรกของประเทศไทย โดยได้เริ่มดำเนินการสอนหลักสูตรใหม่นี้ในปี พ.ศ. 2452

ด้วยเหตุที่วัตถุประสงค์ของโรงเรียนกระทรวงเกษตราธิการตรงกับพระราชดำริของพระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว ในเรื่องของการจัดตั้งโรงเรียนข้าราชการพลเรือนของพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว[21] ซึ่งได้ทรงจัดตั้งขึ้นในกระทรวงธรรมการ โรงเรียนกระทรวงเกษตราธิการจากเดิมที่สังกัดกระทรวงเกษตราธิการ จึงย้ายมาสังกัดกระทรวงธรรมการ ในปี พ.ศ. 2456 โดยใช้วังวินด์เซอร์เป็นสถานที่ทำการเรียนการสอนของโรงเรียนกระทรวงเกษตราธิการที่ยุบเข้ารวมกับโรงเรียนข้าราชการพลเรือนฯ[22]

ในรัชสมัยพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว พระองค์ทรงส่งนักเรียนไทยไปเรียนต่างประเทศจำนวนมาก ในจำนวนนี้มีพระยาเทพศาสตร์สถิตย์และเจ้าพระยาธรรมศักดิ์มนตรี เสนาบดีกระทรวงธรรมการ โดยทั้ง 2 ท่านได้เริ่มก่อตั้งโรงเรียนด้านการเกษตรโดยสังกัดกระทรวงเกษตราธิการขึ้นมาอีกครั้ง ในนาม "โรงเรียนฝึกหัดครูประถมกสิกรรม" ตั้งอยู่ที่ตำบลหอวัง ในปี พ.ศ. 2460 ภายหลังจึงได้มีการย้ายการเรียนการสอนไปที่ตำบลพระประโทน อำเภอเมืองนครปฐม จังหวัดนครปฐม ในปี พ.ศ. 2461[23] ต่อมาในปี พ.ศ. 2474 หม่อมเจ้าสิทธิพร กฤดากร อธิบดีกรมตรวจกสิกรรมในกระทรวงเกษตราธิการและเจ้าพระยาธรรมศักดิ์มนตรี ได้ร่วมกันขยายการจัดตั้งโรงเรียนฝึกหัดครูประถมกสิกรรมไปสู่ระดับภูมิภาคมากขึ้น เพื่อให้งานวิจัยการเกษตรดำเนินควบคู่ไปกับการให้การศึกษาในสาขาเกษตรศาสตร์ โดยภาคกลางอยู่ที่ตำบลทับกวาง อำเภอแก่งคอย จังหวัดสระบุรี ภาคอีสานตั้งอยู่ที่ตำบลโนนสูง อำเภอโนนสูง จังหวัดนครราชสีมา ภาคเหนือตั้งอยู่ที่ตำบลหนองหาร อำเภอสันทราย จังหวัดเชียงใหม่ และภาคใต้ตั้งอยู่ที่ตำบลคอหงส์ อำเภอหาดใหญ่ จังหวัดสงขลา อย่างไรก็ตาม โรงเรียนฝึกหัดครูประถมกสิกรรมในภูมิภาคต่าง ๆ ได้ปิดตัวลงตามข้อบังคับของการปรับเปลี่ยนระบบราชการในปี พ.ศ. 2478 จึงได้มีการยุบรวมโรงเรียนในส่วนภูมิภาคทั้งหมดเข้าไว้ด้วยกัน หลวงสุวรรณวาจกกสิกิจ พระช่วงเกษตรศิลปการ และหลวงอิงคศรีกสิการ สามบูรพาจารย์ผู้ก่อตั้งวิทยาลัยเกษตรศาสตร์[24][25] จึงเสนอให้รักษาโรงเรียนฝึกหัดครูประถมกสิกรรมไว้ที่แม่โจ้ อำเภอสันทราย จังหวัดเชียงใหม่ เพียงแห่งเดียว และเปลี่ยนชื่อโรงเรียนเป็น "โรงเรียนมัธยมวิสามัญเกษตรกรรม" ต่อมาจึงได้มีการยกฐานะของโรงเรียนก่อตั้งเป็น "วิทยาลัยเกษตรศาสตร์" มีฐานะเป็นกองวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ในกรมเกษตรและประมง และมีพระช่วงเกษตรศิลปการเป็นผู้อำนวยการคนแรก

พระยาพหลพลพยุหเสนา หัวหน้าคณะราษฎร ได้มีดำริให้พระยาฤทธิอัคเนย์ รัฐมนตรีว่าการกระทรวงเกษตราธิการ จัดตั้งสถานีเกษตรกลางขึ้นในท้องที่อำเภอบางเขน จังหวัดพระนคร ดังนั้น จึงได้ย้ายวิทยาลัยเกษตรศาสตร์มาตั้งอยู่ที่อำเภอบางเขนในปี พ.ศ. 2482 โดยมีนายอินทรี จันทรสถิตย์ ดำเนินการจัดซื้อที่ดินย่านบางเขนและมีหลวงสุวรรณวาจกกสิกิจเป็นผู้อำนวยการวิทยาลัย และเปิดสอนหลักสูตร 3 ปี ในระดับ อนุปริญญา โดยมี 3 แผนก คือแผนกเกษตรศาสตร์ แผนกวนศาสตร์ และแผนกสหกรณ์ โดยแผนกเกษตรศาสตร์และแผนกสหกรณ์เรียนที่บางเขน ยกเว้นนักศึกษาแผนกสหกรณ์ ชั้นปีที่ 3 จะเรียนที่กรมสหกรณ์ ท่าเตียน เพื่อสะดวกในการอบรมวิชาภาคปฏิบัติ ส่วนแผนกวนศาสตร์เปิดสอนที่โรงเรียนวนศาสตร์ จังหวัดแพร่ ทั้งนี้ ให้ส่วนราชการที่อำเภอสันทราย จังหวัดเชียงใหม่ เป็นโรงเรียนเตรียมเกษตรศาสตร์เพื่อเป็นการเตรียมนิสิตให้วิทยาลัยเกษตรศาสตร์ที่อำเภอบางเขนต่อไป[26]

ในปี พ.ศ. 2486 จอมพล ป. พิบูลสงคราม ได้ยกฐานะวิทยาลัยเกษตรศาสตร์และสถาปนาขึ้นเป็น "มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์" มีฐานะเป็นกรมในสังกัดกระทรวงเกษตราธิการ[27] และให้แต่งตั้งข้าราชการประจำดำรงตำแหน่งเลขาธิการมหาวิทยาลัย หลวงสินธุสงครามชัย ในฐานะรัฐมนตรีว่าการกระทรวงเกษตราธิการ เป็นผู้ดำรงตำแหน่งอธิการบดีคนแรก โดยมีการเปิดสอนใน 4 คณะ[28] ได้แก่ คณะกสิกรรมและสัตวบาล คณะการประมง คณะวนศาสตร์ และคณะสหกรณ์ เป็นคณะแรกตั้ง

ในปี พ.ศ. 2509 หม่อมหลวงชูชาติ กำภู อธิการบดีมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ในขณะนั้นได้พิจารณาเห็นว่าพื้นที่ของมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ที่บางเขนคับแคบ ไม่สามารถจะได้ จึงได้ดำริที่จะหาพื้นที่ที่เหมาะสมที่อยู่ใกล้กรุงเทพฯ ที่มีดินดีเหมาะต่อการเกษตรและมีโครงการชลประทานผ่านเตรียมไว้แต่เนิ่น ๆ ก่อนราคาที่ดินจะมีราคาแพง[29] ซึ่งต่อมาในวันที่ 21 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2510 รัฐบาลในสมัยจอมพล ถนอม กิตติขจร จึงได้ตราพระราชกฤษฎีกากำหนดเขตที่ดินในบริเวณที่จะเวนคืนในท้องที่อำเภอกำแพงแสน จังหวัดนครปฐม เพื่อให้มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์จัดตั้งวิทยาเขตกำแพงแสน[29] โดยทางมหาวิทยาลัยได้ทำการรื้อถอนสิ่งก่อสร้างที่มีอยู่เดิมและก่อสร้างอาคารเรียน ที่พัก และอาคารสำนักงานซึ่งสามารถเสร็จสิ้นเมื่อกลางปี พ.ศ. 2521[29] และเริ่มจัดการเรียนการสอนครั้งแรกเมื่อวันที่ 12 พฤศจิกายน พ.ศ. 2522[30]

ต่อมามหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์มีแนวคิดที่จะขยายโอกาสทางการศึกษาตามภูมิภาคต่าง ๆ ของประเทศไทยจึงได้มีแนวคิดที่จะจัดตั้งวิทยาเขตศรีราชา วิทยาเขตเฉลิมพระเกียรติ จังหวัดสกลนคร วิทยาเขตสุพรรณบุรี วิทยาเขตกระบี่ และวิทยาเขตลพบุรี[29] ซึ่งทางมหาวิทยาลัยสามารถจัดตั้งวิทยาเขตศรีราชาในวันที่ 16 เมษายน พ.ศ. 2542[31] และวิทยาเขตเฉลิมพระเกียรติ จังหวัดสกลนครในปี พ.ศ. 2543[32] ส่วนวิทยาเขตสุพรรณบุรี ปัจจุบันยังอยู่ในสถานะภาพของการเป็นโครงการจัดตั้ง[13] ส่วนวิทยาเขตกระบี่และวิทยาเขตลพบุรีนั้นเนื่องจากมีปัญหาในด้านงบประมาณในการดำเนินงานจึงทำให้สภามหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์มีมติยกเลิกการจัดตั้งทั้ง 2 วิทยาเขต[33][34]

จนถึงปัจจุบันมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ได้มีการขยายการศึกษาเพิ่มขึ้นโดยการเปิดคณะและสาขาวิชาเพิ่มขึ้น ซึ่งในปัจจุบันมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์มีที่เปิดทำการสอนแล้วทั้งหมด 29 คณะ 2 วิทยาลัยและสถาบันสมทบอีก 2 แห่ง มีจำนวนหลักสูตรทั้งหมด 583 หลักสูตร และเป็นหลักสูตรนานาชาติ 42 หลักสูตร[35]

เมื่อวันที่ 17 กรกฎาคม พ.ศ. 2558 ได้มีการประกาศใช้พระราชบัญญัติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ พ.ศ. 2558[36] ด้วยเหตุผลเพื่อให้มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์สามารถจัดการศึกษาได้อย่างมีความเป็นอิสระและเป็นเลิศทางวิชาการอย่างมีคุณภาพและประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น จึงส่งผลทำให้มหาวิทยาลัยได้เปลี่ยนรูปแบบการบริหารงานเป็นมหาวิทยาลัยในกำกับของรัฐเมื่อวันที่ 18 กรกฎาคม พ.ศ. 2558