荆州农业科学院源于“荆州农林总场”。1950年始，建场于荆州城南门外阅马场，有农田480亩，管辖江陵八宝山林场和荆门水稻原种场，直属荆州专署建设科领导。1952年，在荆州城东门外马河渡至沙市南湖开荒扩场，建农场本部；同年9月，经中共荆州地委、荆州专署批准，正式命名为“地方国营荆州农场”，为企业性质；到1954年止，全场开荒1800多亩，合计农田2200多亩，设立五个生产队。

1955年3月25日，据湖北省农业厅（55）厅农政0440号文《关于建立农业试验站的通知》，将“地方国营荆州农场”更名为“湖北省荆州专署农业试验站”；确定为农业事业单位，行政由荆州专署代管，业务技术上，受省农业综合试验站（省农业厅管理）领导。试验站主要任务是：调查研究本区域内农业生产特点并征集该区域内稻、麦、棉、油料、杂粮等农家品种，并进行初步整理鉴定；接受省站任务，进行各项品种区域适应性试验及栽培经验；调查研究当地增产关键性栽培技术，并作试验，进行新式农具的使用试验；实地总结群众经验与低产原因，提出简易可行的改进方案；将行之有效的生产经验与先进技术传授给各技术推广站，并征集推广过程中发现的生产技术问题作为研究题材；与该区内国营农场取得密切联系，帮助解决技术上的问题，优先示范成功的技术和良种。同年5月31日试验站正式启动，内设办公室、行政股、技术股，下设三个农业生产队和畜牧组、园艺组、机务组。

1958年7月，农业试验站更名为“棉花试验站”，另在江陵县龙会桥设“水稻试验站”。10月始，为沙市市工业发展让路，棉花试验站迁址沙市市东郊王家桥；11月，荆州棉花试验站与沙市市杨场乡管辖的文家岭、晓庵两个初级合作社合并组成荆州专区棉花试验站；原两社集体所有制性质不变，改为一、二生产大队；全站共有农田4500亩，1930人，原内设行政机构不变；科研机构按专业分设麦油组、棉作组、土肥组，植保组；下设3个农业生产大队和综合队，畜牧队、试验队、园艺队、机务队、基建队、榨坊、渔场、窑厂和供销社、医务室、职工子弟小学等生产服务单位。

1959年3月25日，经荆州专署（59）荆农字第021号文批准，将原“荆州棉花试验站”更名为“湖北省荆州专署文家岭农业试验站”。同年6月迁站基本结束。

1960年2月3日，荆州专署（60）荆农字第001号文通知，江陵县龙会桥水稻试验站并入文家岭农业试验站，正式定名为“荆州专区农业科学研究所”，所址文家岭；属农业局主管，业务由省农科所领导；开展稻、麦、棉、油、杂等作物的新品种选育及土壤肥料、植物保护、农业气象等课题研究；科研机构增设水稻室、农业气象组。1962年，农科所撤销三生产大队、园艺队和窑厂。1963年，将一、二生产大队合并，设立荆州农科所原种场，专事原种生产；同时撤销基建队。1964年，将综合队改为良繁队。1966年，撤销农业气象组.；10月，“文化大革命”开始，行政管理机关受到严重冲击，逐步陷入瘫痪；此间由“抓革命、促生产办公室”（简称抓办）管理农业生产，农业科研中断。1968年底“贫宣队”进驻。1969年11月，荆州农科所“革命委员会”成立。

1970年3月，干部、科技人员和部分工人进地区“五七”干校。同年3月12日，经地区革委会批准，将“荆州农科所原种场”划归江陵县周黄乡管辖。同年撤销畜牧队、机务队。1971年，科技人员陆续从干校回所，农业科学试验逐步恢复正常。1978年8月14日，经荆州地委决定撤销荆州地区农科所“革命委员会”，恢复荆州地区农科所建制，实行党委领导的分工合作制。

1980年，所内各研究组改为研究室，成立综合、小麦、棉花、水稻等4个研究室；试验队改为科研队，良繁队改为综合厂。1982年撤销综合研究室，成立栽培研究室。1984年增设政工科、科研管理科（含行政财务）。1984年综合厂更名为华沙服务公司，经营商业；公司和预制构件厂分开，单独核算。1985年，办公室、科研管理科（含行政财务）合并办公，撤销栽培研究室。1986年，所内设办公室、政工科、行政财务科、成果管理科，恢复栽培室，成立园艺室。1988年5月15日，据荆农工字[1988]10号文批复，内设机构为办公室、政工科、行财科、成果开发科、棉作室、水稻室、麦作室、耕作栽培室、园艺室、情报资料室、化验室，机关定编140人；下属科研队、华沙服务公司、华沙饮料厂、建筑构建公司等单位，控制人数为180人。1991年5月，所机关设置办公室、政工科（与纪委、工会合署办公）、行财科、成果开发科。当年科研管理工作仍归属办公室。1992年5月，地区机构编制委员会同意所设立科研管理科。

1994年荆沙合并，荆州地区农业科学研究所更名为荆沙市农业科学研究所，次年1月25日，经荆沙市人民政府批准，将沙市区岑河镇荆农村划归农科所，成立荆沙市农业科学研究所原种场（集体所有制不变），辖9个生产小队，1500多人，其中劳力500多人；共有农田4400余亩。

1996年，所内设有办公室、科管科、政工科、计财科、行政科、保卫科、农业科、成果推广科等行管科室，设有棉花、水稻、麦油、园艺、作物栽培等研究室，另有良种试验场、原种场、荆州市农科贸开发总公司、华沙综合服务公司、华沙饮料厂、良种棉加工厂等经济实体。

1997年11月，荆州市农科所实行行政科室机构改革，将政工科并入办公室，保卫科并入行政科，成果推广科并入科管科，新设企业科，保留计财科和农业科，行政科室由8个减少到6个。

1998年4月，适应科研工作发展需要，经市委同意，荆州市农业科学研究所加挂荆州农业科学院牌子，实行两块牌子，一套班子；为全民所有制事业单位，机构级别相当正县级，隶属市农业局领导；确定全院（所）事业编制290名。经费由市财政定额或定项拨款。内设办公室、政工科、科研管理科、计划财务科、行政科、成果推广科、农业科、企业科、老干科共9个行政科室；并设棉花、水稻、麦油、园艺、栽培、农产品加工、蔬菜花卉、植保研究室等8个业务科室；纪检、监察、工会等机构按有关章程和规定设置。

2001年2月，荆州农科院深化体制改革，进一步调整机构设置，全院分为科研、开发、行政后勤三大块，实行分类管理。行政块设办公室、科研管理科、计划财务科、农业科、保卫科、工会。科研类设棉花研究室、水稻研究室、园艺室、麦油研究室（含组培室）。开发类院设开发总公司，下设棉花种子公司（含种子精加工厂）、园艺种苗公司、粮油种子公司。各公司与对口研究室结合。企业类设物业管理公司、轧花厂、良种试验场、原种场。

2004年7月，贯彻执行鄂政办发[2003]1号《关于事业单位人事分配体制改革》文件精神，全院推行全员聘任制，机构级别及隶属关系不变。内设机构调整为党政办公室、财务审计科、科技管理科、项目管理科、后勤服务中心5个行政科室；棉花研究所、西瓜甜瓜研究所、粮油研究所、综合实验室5个科研学术机构；农科贸开发总公司、良种棉加工厂、华沙公司、试验场、原种场5个生产、经营部门。

2007年9月，农科院进行第二轮人事合同聘用制改革。内设党政办公室、计划财务科（含公司财务部）、项目管理科、科技管理科、后勤服务中心5个行政科室，设立学术委员会、棉花研究所、西瓜甜瓜研究所、粮油研究所、综合实验室5个科研学术机构；另设农科贸开发总公司、良种试验场、良种棉加工厂、华沙公司、原种场等5个生产经营部门。

2009年12月，农科院下设原种场整体划入荆州开发区国营沙市农场。

2013年12月，农科院进行第三轮人事合改革。内设党政办公室、计划财务科（含公司财务部）、项目管理科、科技管理科、后勤服务中心、离退休管理科6个行政科室，设立学术委员会、棉花研究所、园艺研究所、水稻研究所、麦油研究所、土肥植保研究所、综合实验室7个科研学术机构；保留农科贸开发总公司（暂停经营活动），设良种试验场、华沙公司等2个生产经营部门