《農政全書》中的內容大部分來自征引古代農業文獻。據統計，徐光啟在書中引用的農業文獻達到二百二十五種。因此，《農政全書》可以說是當時中國農業科學遺產的總彙，集中了中國古代農書的精華，許多已散失的文獻賴以保存。這些豐富的農業科學資料是徐光啟在幾十年間積累抄錄下來的，在此基礎上又分門別類地進行整理、彙編。徐光啟對勞動人民的實踐經驗也十分重視，盡量吸取、采用“老農”“老圃”的經驗之談。
徐光啟的同鄉好友陳子龍在《農政全書》的“凡例”中指出，這部巨著“雜采眾家，兼出獨見”。這確實抓住了這本書的一個重要特點。在《農政全書》中，屬於徐光啟自己寫作的內容，大約隻有六萬多字，隻占全書的十分之一。但這些文字，或是出於對當時農業科學先進經驗的總結，或是把他自己的研究成果，用夾注、補充或評論的方式，加在征引的古代文獻中的欠缺之處。即使隻有三言兩語乃至一二千字，都足以豐富古代文獻。經過他的修訂、補充，我國古代農業文獻轉化成當時最先進的農業科學技術而重放異彩，充分反映出徐光啟的獨到之見。所以，《農政全書》既是古代農業文獻的彙編，也是一部不朽的科學著作。
《農政全書》與以往農書的一個重要區別在於：以往農書重在生產技術，而徐光啟是從“農政”，即國家政策的高度，對農業生產的發展進行考察。為什麼以“農政”命名呢？陳子龍解釋說，是因為這部書包含了“富國化民”的根本問題。書前的序文中也指出寫書的主要宗旨是從根本上尋求使國家富強的救世良方。確實，徐光啟的根本著眼點在“農政”，寄希望於通過行政力量，發展農業，提高產量，改善人民生活，從而獲得國防所需的物力與人力，實現富國強兵的目標。
關於農業生產的具體政策措施，在《農政全書》中主要包括開墾、水利、荒政三個內容。這三者，雖不直接屬於農業生產技術，但對保證農業生產的順利進行來說十分重要。徐光啟認為，解決社會問題、發展生產、防患於未然是上策；提倡積蓄，反對浪費是中策；開倉救濟是下策。他主張通過開墾荒地、興修水利來發展農業生產；推行休養生息的政策以保護農業勞動者，從根本上解決問題。對開墾、水利、荒政等政策措施與農業的關係，在以前的農書中，還很少有人作過係統闡述。徐光啟把這些“農政”集中而係統地提了出來，成了《農政全書》的又一重要特色。
與專啃書本、食古不化的書呆子不同，徐光啟十分重視調查研究。他的兒子徐驥曾這樣敘述其父躬親科研的過程：“考古證今，廣諮博訊，遇一人輒問，至一地輒問，問則隨問隨筆，一事一物，不窮其極不已。”《農政全書》中許多精到的見解和經驗，不能不說是徐光啟精細科研、嚴謹態度的成果。值得一提的是，徐光啟在《農政全書》的“荒政”一門中，記錄了度荒草木414種，相比李時珍的《本草綱目》的有關記錄，增加了276種。這些草木，他大都親自嚐過，並注明“葉可食”“根不可食”等字樣。他還詳細介紹了食用方法，還寫明“本是勝要，嚐過”或“嚐過，難食”。這種神農嚐百草的探索精神是令人欽佩的。
徐光啟的《農政全書》在我國科學史上有著極高的學術價值，被認為是中國古代史上一部最完備的農學百科全書。有人把它與李時珍的《本草綱目》、宋應星的《天工開物》和徐霞客的《徐霞客遊記》並稱為明代“科學文化上的四大傑作”。我國著名科學家竺可楨先生稱徐光啟為我國“近代科學之先驅”，對其貢獻作了充分肯定。《農政全書》對歐洲近代科學的發展也有促進作用。隨後，英國重農學派代表人物奎奈從來華的傳教士那裏了解到徐光啟的農業技術成就，並將之運用於歐洲農業科學，使中西農學交流發展達到了一個較高的水平。