La aplicación de riego y las tasas de aplicación de nitrógeno tienen efectos significativos en los rendimientos de tomate en invernadero, así como en las eficiencias de uso de agua y nitrógeno, pero se sabe poco sobre cómo estas tasas afectan las interacciones planta-microbioma y cómo los cambios asociados podrían impactar los rendimientos de tomate. En este estudio de invernadero realizado durante dos años, se investigaron los efectos de tres niveles de riego (déficit moderado con umbral de capacidad de retención de agua del 65-75%, déficit leve con 75-85%, e irrigación suficiente con 85-95%) y cuatro niveles de aplicación de nitrógeno (60, 120, 240 y 360 kg ha) en el crecimiento del tomate, rendimiento, productividad de agua y nitrógeno, y diversidades y funciones microbianas de la rizosfera. Los resultados demostraron que la mayor área foliar de tomate, biomasa seca, rendimiento, y productividades de agua y nitrógeno se obtuvieron bajo el tratamiento con riego suficiente. Con el aumento de la aplicación de nitrógeno, el área foliar de tomate, biomasa seca, rendimiento, y productividades de agua y nitrógeno mostraron una tendencia de aumentar primero y luego disminuir. En general, el tratamiento (N2W3) con riego suficiente y 240 kg ha de N se asoció con el mayor crecimiento de tomate, rendimiento, y productividades de agua y nitrógeno. Además, la irrigación y la aplicación óptimas de nitrógeno alteraron claramente las estructuras de las comunidades bacterianas y fúngicas de la rizosfera, reclutando especialmente microbiota que confieren beneficios al crecimiento del tomate y a la fijación de nitrógeno. En última instancia, la irrigación y la aplicación óptimas de nitrógeno aumentaron significativamente las abundancias relativas de funciones relacionadas con el metabolismo del carbono, azufre y nitrógeno, especialmente la fijación de nitrógeno. En resumen, la irrigación y la fertilización óptimas mejoraron el rendimiento del tomate, así como las productividades de agua y nitrógeno al aumentar las funciones de fijación de nitrógeno del microbioma de la rizosfera. Nuestros resultados proporcionan implicaciones significativas para el cultivo de tomate en invernaderos, en términos de riego y fertilización optimizados.