Кафедра агротехнологій та екології створена Рішенням Вченої Ради ХНТУСГ у серпні 2017 року, але днем народження кафедри можна вважати 1930 рік, коли в Харківському інституті механізації сільського господарства було створено дві біологічні кафедри: ґрунтознавства і агрохімії( завідувач – проф. Муравсянський С.М.) та землеробства і рослинництва (завідувач проф. – Супруненко О.І.) У 1937 році кафедри були об’єднані в одну – землеробства і рослинництва, професором якої, а згодом і завідувачем, став професор Ковальов М.Д. М.Д. Ковальов був одним з розробників методу локального внесення мінеральних та органо-мінеральних добрив при сівбу сільськогосподарських культур, безвисадкового вирощування насіння цукрових буряків, та впровадженням у виробництво сорту кукурудзи. Він разом зі співробітниками кафедри видав низку значущих монографій, підручників, в навчальних посібників «Культура чумизи» (1950 р.), «Гранульовані добрива», «Нове в удобренні полів» (1961 р.), «Основи землеробства і рослинництва» (1963), «Основи агрономії» (1968). Починаючи з 1974 р. до 1980 р. кафедру очолював доцент Атрошенко М.Д. За його редакцією було видано навчальний посібник «Основи агрономії». З 1980 по 2005 роки кафедру очолював професор університету Солошенко О.В. У 2005 році згідно до рішення Вченої Ради університету були створені 2 кафедри: агрономії та екології, яку очолив проф. Солошенко О.В., загальної та біологічної хімії, яку очолив проф. Васильєв С.І. У 2009 році згідно з рішенням Вченої Ради університету була створена кафедра хімії, агрономії та екології, яку очолив проф Васильєв С.І. У 2011-2013 роки секція агрономії і екології була введена до складу кафедри фізики, хімії і агрономії ННІ ПХВ під керівництвом професора Спольніка О.І. Секція виробничого навчання була створена у 1991 році з метою покращення практичної підготовки студентів. Очолював секцію з дня її заснування доцент, кандидат технічних наук Кириченко В.О. Трудова діяльність Кириченка В.О. тісно пов’язана з навчально-дослідним господарством, де 15 років він був відповідальним від університету за підготовку техніки і своєчасне збирання зернових культур. З 2012 року секцію очолював кандидат сільськогосподарських наук, доцент, Заслужений працівник сільського господарства України Горбаньов А.П.
У зв’язку з реорганізацією структури ХНТУСГ імені Петра Василенка у травні 2013 року секція агрономії та секція виробничого навчання стали структурними підрозділами кафедри оптимізації технологічних систем імені Т.П. Євсюкова ННІ МСМ.