Współczesna Katedra Agronomii utworzona decyzją Senatu Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego funkcjonuje od 1 stycznia 2000 r. Historycznie Katedra nawiązuje do tradycji Towarzystwa Kursów Naukowych (TKN) utworzonych w 1906 r., w ramach których realizowano zajęcia dydaktyczne tematycznie zbieżne z obecnym zakresem jej działalności.

Od 1906 r. na Wydziale Rolniczym przy Towarzystwie Kursów Naukowych w Warszawie prowadzone były wykłady z ogólnej uprawy roli i roślin w wymiarze 2 godzin tygodniowo w semestrze 4 oraz szczegółowej uprawy roślin w wymiarze 3 godzin tygodniowo w semestrze 5. Wykładowcami w owym czasie byli m.in. Antoni Sempołowski, Stefan Moszczeński, Witold Staniszkis. Dyscyplina uprawa łąk i pastwisk pojawiła się nieco później, gdyż wywodzi się z wykładów realizowanych przez Józefa Mikułowskiego-Pomorskiego (w programie od 1911 r.). Pierwszą oficjalną jednostką organizacyjną był Zakład Chemii Rolnej i Rolnictwa powołany w październiku 1911 r. w ramach Towarzystwa Kursów Przemysłowo-Rolniczych powstałych z przekształcenia TKN w tym samym roku. Za twórcę Zakładu Rolnictwa (1920), powołanego w ramach Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego, powszechnie uznaje się Witolda Staniszkisa.

W 1935 r. powołano Zakład Uprawy Łąk i Pastwisk, którego organizatorem i kierownikiem został Zygmunt Golonka, a od 1947 r. kierownictwo Zakładu przejął Jan Grzymała. W latach 1949–1952 powołano trzy niezależne katedry: w 1949 – Ogólnej Uprawy Roli i Roślin pod kierunkiem prof. Mieczysława Bireckiego, w 1950 – Szczegółowej Uprawy Roślin pod kierunkiem prof. Anatola Listowskiego, w 1952 – Uprawy Łąk i Pastwisk pod kierunkiem prof. Jana Grzymały. W 1970 r. utworzono Instytut Produkcji Roślinnej, w skład którego wchodziły zakłady: Ogólnej Uprawy Roli i Roślin, Szczegółowej Uprawy Roślin, Uprawy Łąk i Pastwisk oraz Zakład Nasiennictwa kierowany przez prof. Władysława Byszewskiego, a następnie prof. Danielę Ostrowską. Powołano również w randze zakładu jednostkę organizacyjną pod nazwą „Kolekcja Rolniczych Roślin Uprawnych” pod kierunkiem doc. Tadeusza Szczygielskiego. W 1982 r. nastąpiła w SGGW likwidacja większości instytutów i powrót do struktur katedralnych. Z Instytutu Produkcji Roślinnej utworzono katedry: Ogólnej Uprawy Roli i Roślin, Szczegółowej Uprawy Roślin, Uprawy Łąk i Pastwisk.

Od 1 stycznia 2000 r., zgodnie z decyzją Rady Wydziału Rolniczego potwierdzoną uchwałą Senatu, na Wydziale utworzono sześć dużych katedr, wśród których znalazła się Katedra Agronomii.

W latach 2000–2012 w skład Katedry Agronomii wchodziły trzy zakłady: Łąkarstwa, Ogólnej Uprawy Roli i Roślin, Szczegółowej Uprawy Roślin. W ostatnich latach (2000-2012) Zakładem Łąkarstwa kierował prof. dr hab. Piotr Stypiński,  Zakładem Ogólnej Uprawy Roli i Roślin kierował prof. dr hab. Andrzej Radecki oraz Zakładem Szczegółowej Uprawy Roślin kierował prof. dr hab. Jan Rozbicki.

Zgodnie z decyzją Rady Wydziału od 1 stycznia 2013 r. w strukturze organizacyjnej Katedry Agronomii nie wydziela się zakładów. Pierwszym kierownikiem Katedry Agronomii był prof. dr hab. P. Stypiński, który pełnił tę funkcję w latach 2000-2002 oraz 2010-2012. Następnie kierownikami Katedry byli prof. dr hab. Andrzej Radecki (2003-2009), prof. dr hab. Zdzisław Wyszyński (2013-2016), dr hab. Irena Suwara, prof. SGGW (2016-2019), dr hab. Stanisław Samborski, prof. SGGW (2020). Obecnie kierownikiem Katedry jest dr hab. Arkadiusz Artyszak, prof. SGGW.