La producción agrícola contribuye al aumento de las emisiones de carbono a nivel global. Es crucial mejorar la producción y reducir las emisiones de carbono en el contexto de la modernización agrícola, para lo cual la eficiencia mejorada de emisión de carbono es clave. Sin embargo, el papel de la modernización agrícola en la promoción de la eficiencia de emisión de carbono agrícola no está claro. Por lo tanto, el objetivo de este artículo es analizar la evolución espacio-temporal de la modernización agrícola y la eficiencia de emisión de carbono agrícola en China de 2000 a 2019 y revelar la relación entre la modernización agrícola y la eficiencia de emisión de carbono agrícola. Los resultados mostraron que (1) en China, el nivel general de modernización agrícola ha estado aumentando constantemente, y las diferencias regionales se están ampliando, mostrando un patrón espacial caracterizado por un declive gradual desde las regiones orientales y centrales hacia la región occidental. (2) La eficiencia de emisión de carbono agrícola de China continúa creciendo pero no ha logrado un efecto de análisis de envoltura de datos (DEA), con las regiones oriental y occidental teniendo una mayor eficiencia de carbono agrícola que la región central. Las diferencias regionales primero se estrechan y luego se expanden. (3) La modernización agrícola promueve significativamente la eficiencia de emisión de carbono agrícola tanto en la provincia como en las provincias vecinas, y el efecto de derrame interprovincial supera el efecto directo dentro de la provincia. Existe una correlación no lineal entre la modernización agrícola y la eficiencia de emisión de carbono agrícola.