《天工開物》全麵記錄了我國明代及其前代科技領域所取得的巨大成就，對研究古代科技具有十分重要的價值，它是我國科技發展史上的集大成之作。
在《天工開物》出現之前，我國科技領域已出現過為數不少的科技方麵的著作，如《考工記》、《齊民要術》、《四時纂要》、《營造法式》、《糖霜譜》、《墨譜》、《農書》、《熬波圖詠》等等。這些著作除《考工記》外，多為某一行業的記錄，內容單一，而《考工記》雖涉及多種行業，綜合性很強，但內容過於簡略，且其成書太早，後世科技領域的發展不可能有所記錄，人們無法從中了解更多的東西。《天工開物》則不同，它是一部綜合性的科技著作，內容涉及廣泛，僅書中所列就有18個門類，事實上不止這些，隻是卷目沒有標出而已，這是空前的。特別是該書將農業生產和農用機械與其他手工業放在一起敘述，更是任何科技著作所沒有的。因此《天工開物》是一部真正的科技百科全書。
《天工開物》是在總結前人科技成果基礎上寫成的，這是集大成的又一表現。在《天工開物》中，作者借鑒了許多前人的科技成果，僅《天工開物》內提到的前人著作就有多種，如《糖霜譜》、《墨經》、《墨譜》、《本草綱目》。特別是《本草綱目》，作者借鑒尤多，據潘吉星統計，對《本草綱目》的引用有20次（見《天工開物校注及研究》）。《天工開物》不僅引用科技類的著作，其他如經史等類著作中有關科技方麵的內容，均在借鑒之列。因此，從《天工開物》中後人不僅可以看到明代的科技狀況，而且可以充分了解明以前的科技發展水平。
《天工開物》並未在集前人之成後止步，它的價值更在於作者通過對明代科技行業的調查和親身體會，記錄了發展了的科技成就。如《甘嗜》中對製糖的記載，詳盡準確，大大超過了《糖霜譜》。再如《五金》中關於灌鋼法和《錘鍛》中關於生鐵淋口等技術的記錄，均是科技的新發展，這些內容大多隻有在《天工開物》中才能看到。閱讀《天工開物》時常被那些對技術方麵的細節敘述所吸引，這些生動的細節，如非親自體驗觀察，是無法寫出的。而正是這些細致的描述，使古代科技史中的許多關鍵技術被披露出來。
正由於《天工開物》這些方麵的價值，人們給與其高度評價，丁文江說：“三百年前言農工業書，如此其詳且備者，舉世界無之，蓋亦絕作也。”“凡采礦冶金及貴重品之製造，自古多不正確之傳說與迷信。宋氏根據見聞，辨正甚多。”日本學者說：“在這類中國技術書之中，《天工開物》可以說是極優秀的著作。首先，這部書網羅了重要產業的各個部門，其次，它把各個產業部門的生產過程非常忠實地寫了下來。”（藪內清《天工開物研究論文集》）。
《天工開物》所取得的科技成就是巨大的，但該書的價值還不僅止於此。作為一部描述有關國計民生行業的著作，該書為後人提供了很多古人衣食住行方麵的史料，因而對於研究古代特別是明代社會生活，該書是十分重要的。如關於食，《乃粒》中說：“今天下育民人者，稻居十七，而來牟（小、大麥）黍稷居十三。麻菽二者，功用已全入蔬餌膏饌之中”，稻米成為主要的糧食品種，而麻豆不再是主食。《乃粒》中還說：“燕秦晉豫齊魯諸道，烝民粒食，小麥居半，而黍稷稻粱僅居半。”指出北方地區人們的主要食物是小麥。在《乃粒》中作者指出南方地區小麥種植麵積很少，用途是磨麵後做成撚頭（花卷）、環餌（餅）、饅首（饅頭）、湯料（麵條）等用於佐餐。其他如大麥雜麥種植更少，“閭閻作苦（泛指普通勞動者）以充朝膳，而貴介不與焉”。再如關於衣，《乃服》中說：“凡棉衣禦寒，貴賤同之。”“凡衣食挾纊（指寒衣中的棉、毛等物）禦寒，百人之中止一人用繭綿，餘皆祗著（此指棉花）。”這說明當時入冬天多數是著棉襖防寒的，隻有極少數人著繭綿做成的寒衣。在《彰施》中，作者列出了20多種常見的布色，這表明當時人衣著色彩是很豐富的。關於行，在《舟車》中多有記載，如“梢篷（船名）製大，差可坐臥，富貴家屬用之”，“（廣東）黑樓船為官貴所乘”，“（江漢課船）上列十餘倉，每倉客止一人臥息……行人欲速者亦買（雇）之”，又“北方獨轅車，人推其後，驢曳其前，行人不耐騎坐者則雇覓之。鞠席其上以蔽風日”。