农业生态系统高度多样化。从生物学角度看，农业生态系统以多种方式优化了物种和遗传资源的多样性。例如，农林兼作系统将不同高度和形状的作物、灌木、牲畜和树木安排在不同的层次或地层，增加了垂直多样性。间作结合了互补物种，增加空间多样性。豆科植物等作物轮作，增加了时间多样性。作物–牲畜系统依赖于能够适应特定环境的多种当地品种。在水产领域，传统的鱼类混养养殖、综合多营养水产养殖或轮作养鱼系统都遵循同样的原则，旨在优化多样性。

提高生物多样性具有一系列生产、社会经济、营养和环境方面的益处。通过规划和管理多样性，生态农业方法加强了生态系统功能，包括农业生产所依赖的授粉和营养物质循环等功能。多样化可优化生物质和水资源获取，提高生产力和资源利用效率。

生态农业多样化还能加强生态和社会经济的韧性，包括开拓新的市场机会等。例如，作物和动物多样性可降低气候变化造成的失败风险。混合放牧不同种类的反刍动物能够降低寄生虫造成的健康风险，多样化的当地物种或品种能够更好地在恶劣环境中生存、生产和维持繁殖水平。反过来，拥有来自差异化市场和新市场的各种收入来源，包括多样化产品、当地食品加工和农业旅游，有助于稳定家庭收入。

食用多种谷物、豆类、水果、蔬菜和动物源性产品，有助于改善营养状况。此外，不同种类、品种和物种的遗传多样性对于为人类膳食提供宏量营养素、微量营养素和其他生物活性化合物至关重要。例如，在密克罗尼西亚，重新引入一种未得到充分利用的传统橘肉香蕉品种，其β-胡萝卜素含量是普遍销售的商业白肉香蕉的50倍，事实证明，这一做法有助于改善健康和营养状况。

在全球范围内，三种谷类作物提供的热量接近总消耗量的50%，而作物、牲畜、水生动物和树木的遗传多样性却在继续迅速丧失。生态农业能够管理和保护农业生物多样性，有助于扭转这些趋势，并满足人们对生态友好型产品多样性日益增长的需求。其中一个案例是，通过灌溉、雨水灌溉和深水水稻生态系统生产“亲鱼”大米，重视水生物种的多样性及其对农村生计的重要性。