Vers el 1930 inicià un procés de diversificació productiva i es convertí en un gran hòlding d’empreses químiques, amb nombroses filials arreu del món. El 1945 inicià la producció de 2,4-D, herbicida que obtingué una gran acollida entre les empreses agrícoles. El 1960 establí la divisió agrícola, que al llarg de la dècada llançà alguns dels herbicides i pesticides de més difusió, entre d’altres l’agent taronja. El 1968 fou la primera empresa a produir LEDs a escala industrial. Durant els anys setanta tancà moltes de les divisions de plàstics i fibres artificials i accentuà l’especialització en el camp agrícola.
El 1975 inicià un programa de recerca cel·lular, els avenços del qual reforçaren el valor estratègic de les plantes modificades genèticament, i el 1982 presentà la primera cèl·lula vegetal transgènica. El 1984 fundà el Life Sciences Research Center a Chesterfield (Missouri), dedicat a la biotecnologia, i tres anys després obtingué les primeres collites experimentals de conreus modificats genèticament. El 1994 les autoritats sanitàries dels Estats Units aprovaren la comercialització del Posilac, nom comercial de la somatotropina bovina per a les vaques lleteres. Al llarg dels anys següents desenvolupà plantes bioresistents a plagues i paràsits, i també resistents als herbicides i pesticides. L’any 2000 es fusionà amb diverses empreses del sector químic i farmacèutic, operació que donà lloc a l’empresa Pharmacia Corporation. Simultàniament, la divisió agrícola se’n separà, operació que culminà el 2002 amb el naixement d’una nova empresa, de nom també Monsanto Company.
Al llarg dels primers anys del segle XXI el desenvolupament de productes i varietats propis i la política d’adquisicions l’han convertit en la primera empresa biotecnològica del món, especialment en l’àmbit agrícola. El 2016 acceptà una oferta d’adquisició de l’empresa farmacèutica Bayer per valor de 66.000 milions de dòlars (uns 60.000 milions d’euros), una de les més grans de la història. Amb seu a Saint Louis, té delegacions i centres de producció en més de seixanta països. A l’Estat espanyol el 1979 es retirà d’Aiscondel SA (amb fàbriques a Vila-seca, Cerdanyola del Vallès i Montsó), on participava amb el 50% des del 1956. El 2016 tenia representació a Montornès del Vallès.