Среди членов Московского общества сельского хозяйства (МОСХ) еще в 1857 году возникла мысль о создании в старой столице центра по подготовке специалистов с сельскохозяйственным образованием. Секретарь МОСХ С. А. Маслов делал доклад о деятельности Горыгорецкого земледельческого института. На этом заседании присутствовал министр Министерства государственных имуществ (МГИ) Н. Н. Муравьев. Он заявил: «Желательно, чтобы и в самой Москве, как центре России, образовался агрономический институт…». При содействии Особого комитета министр государственных имуществ граф М. Н. Муравьев составил на имя императора Александра II всеподданнейший доклад, в котором обосновал необходимость открытия высшего учебного заведения.

В докладе М. Н. Муравьева содержались следующие аргументы: «Вызываемая переменами в быте сельских сословий необходимость приложения к земледелию усовершенствованных орудий, машин и способов обработки порождает в классе земледельцев потребность в деятелях, которые при помощи научных сведений могли бы с успехом предпринять и совершить преобразование в направлении сельской промышленности».

Была образована комиссия для поиска места будущего учебного заведения. Изучив возможные варианты, комиссия пришла к выводу, что «соединение в Петровско-Разумовском всех условий, необходимых для открытия не только одного обширного агрономического института, но и других, второстепенных сего рода заведений с опытными учебными и практическими хозяйствами…». Действительно, имение располагало 714 десятинами земли с сосновыми, березовыми и дубовыми лесами, лугами и покосами, садом и огородом, древесным питомником, прудами.

Открытию академии предшествовала большая организационная работа. Предстояло привести в порядок запущенное прежними владельцами хозяйство. Работа велась четыре года. За это время были отремонтированы и приспособлены для учебных занятий старые здания, построен ряд новых сооружений, среди них был и главный корпус, возведенный на месте прежнего деревянного дома Кирилла Григорьевича Разумовского. В нем расположились библиотека, актовый зал, несколько аудиторий и кабинетов. Перед фасадом здания были разбиты цветники. Был проведен водопровод, произведено осушение почв, устроен гончарный завод для выделки труб, кирпичей и черепицы. Для улучшения сообщения с Москвой была построена шоссейная дорога. Старый дом Нарышкиных приспособили под канцелярию академии, а манеж Разумовского перестроили под столовую. Появились многочисленные хозяйственные и служебные постройки. Была создана и хорошо оборудована химическая лаборатория, организованы механический, геодезический, физический и другие кабинеты. Будущий первый руководитель академии Николай Иванович Железнов подарил библиотеке большое количество своих книг, заложив тем самым традицию дарительства. Были составлены списки книг, учебных пособий и предметов, необходимых для преподавания различных сельскохозяйственных и естественнонаучных предметов.

Была проведена работа по подготовке Устава будущей академии, этим занималась специальная комиссия во главе с Н. И. Железновым. По замыслу разработчиков Устав Петровской академии должен был стать совершенно особым, отличным от уставов других учебных заведений. Академия создавалась как открытое учебное заведение: «К слушанию лекций и к практическим занятиям в Академии допускаются лица всех сословий». Желающие обучаться не должны были подвергаться ни вступительным, ни переводным экзаменам (за исключением стипендиатов). Для получения диплома было необходимо сдать выпускные экзамены. Курс обучения был рассчитан на три года, однако каждый имел право оставаться слушателем академии на неопределенное время. Возраст слушателей не определялся. В уставе говорилось, что «по серьезности и специальности курсов в Петровской Академии трудно рассчитывать, чтобы в нее поступали слишком молодые люди, не подготовленные к серьезным занятиям и над которыми следовало бы установить особое попечительство; слушатели Академии, особенно в первое время, могут быть не только молодые люди, окончившие уже курс в университете и ищущие специальные знания, но даже помещики, которые сочтут для себя полезным прослушать часть курса или только один предмет, интересующий их по отношению к собственному хозяйству…».