La FAO collabore étroitement avec les systèmes nationaux de recherche agricole (SNRA) et les organisations régionales de recherche, notamment l'Association des instituts de recherche agricole du Proche-Orient et d'Afrique du Nord (AARINENA), l'Association des institutions de recherche agricole de la région Asie-Pacifique (APAARI) et le Forum pour la recherche agricole en Afrique (FARA). La FAO participe également à plusieurs projets de recherche financés par l'Union européenne, tels que le projet SALSA (“Small farms, small food businesses and sustainable food security”), pour lequel la FAO coopère avec 16 partenaires européens et africains.
Le partenariat de la FAO avec l’Organisation du système CGIAR est établi de longue date et reste particulièrement important. Le CGIAR est une organisation mondiale de la recherche qui compte 15 centres de recherche dans le monde. La FAO en fût l'un des trois cofondateurs à sa création en 1971. La FAO collabore étroitement avec les différents centres du CGIAR et est membre de facto du Conseil du système CGIAR.
La FAO maintient également un partenariat durable avec le Forum mondial de la recherche agricole et de l'innovation (GFAR), un mouvement multipartite composé de plus de 580 organisations partenaires. Le GFAR a été créé par quatre agences de facilitation, dont la FAO, en 1996 qui héberge son Secrétariat depuis 2003.