Weinreben benötigen viel Sonneneinstrahlung, deswegen werden sie oft auf nach Süden ausgerichteten Weinbergen oder Rebbergen angebaut. Aber auch in der Ebene wird Weinbau in Weingärten (in Rheinhessen und Pfalz als Wingert, in Baden, Württemberg und Franken als Wengert bezeichnet) betrieben. Insbesondere im Mittelmeerraum liefern auch die Ebenen qualitativ gute Weine in erheblichen Mengen.
Wein wird in der Regel in geschlossenen Weinbaugebieten angepflanzt, die für den Weinbau einheitliche Rahmenbedingungen, wie bestimmte Licht- und Temperaturschwellenwerte, aufweisen. Neben der Rebsorte und der Qualitätsstufe gehört der Standort zu den wichtigsten Faktoren, die den Charakter und Geschmack eines Weines bestimmen. Je nach Bodenbeschaffenheit, Sonneneinstrahlung und Tradition sind für einzelne Anbaugebiete unterschiedliche Rebsorten typisch.
Weinbau im alten Ägypten, dargestellt in einer GrabmalereiSchon 5000 v. Chr. lässt sich in der vorderasiatischen Landschaft Sumer (heute südlicher Irak) erstmals die Domestizierung von Weinreben nachweisen. Der Weinbau breitete sich im gesamten Nahen Osten aus, und etwa 1700 v. Chr. kultivierten die Griechen erste Edelreben. In Italien prägten sich verschiedene Erziehungsmethoden aus: an Bäumen, als Dachspalier am Kurzstamm oder kriechend auf dem Boden. Mit den Römern breitete sich der Weinbau nach Spanien, Gallien und Nordafrika aus, etwas verspätet auch nach Germanien.
Neuesten Erkenntnissen zufolge soll der Weinbau sogar noch älter als 9000 Jahre sein. Funde in China deuten darauf hin. Tongefäße, die mit Spuren eines gegorenen Getränkes aus Reis, Honig und Trauben oder Hagedorn gefüllt waren, wurden in der nordchinesischen Provinz Henan entdeckt.
Der Rebmann aus Jost Ammans Ständebuch (1568)Spuren hallstattzeitlichen Weinbaus sind im Osten Österreichs in einem Hügelgrab in Zagersdorf (Burgenland, s. a. Geschichte des Burgenlandes) nachgewiesen worden. Die entdeckten Weinkerne (Vitis vinifera) belegen den Anbau von Weißwein. Gewürzter Wein spielte bei den eisenzeitlichen Trinksitten eine große Rolle.
Im Römischen Reich wurde der Wein so massenhaft produziert, dass er zuweilen billiger als Wasser war. Bereits unter Domitian wurde die Einfuhr billiger Produkte aus den Provinzen nach Italien gestoppt. Unter Probus (Kaiser) wurde die Einfuhrbeschränkung wieder aufgehoben. Ab dem Jahr 100 wurde von den Römern an Rhein, Mosel und Ahr Weinbau betrieben. Das Getränk und der Weinbau wurden in Deutschland immer beliebter, um 1500 war die Anbaufläche auf mehr als 300.000 ha angewachsen.
Im Spätmittelalter und in der frühen Neuzeit wurde Weinbau auch in klimatisch weniger günstigen Lagen betrieben. Deshalb musste der Wein oftmals mit Zusatzstoffen (Honig, Gewürze) trinkbar gemacht werden. In den guten Lagen achtete man jedoch meist auf hochwertige Rebsorten und erzeugte nach den Kriterien der Zeit sehr gute Weine.
Einen schweren Rückschlag für den Weinbau bedeutete der weiträumige Befall der Weinberge mit der Pilzkrankheit Peronospora (Falscher Mehltau) in den 1880er Jahren. Der gesamte Weinbau in Mitteleuropa war durch diese Rebkrankheit bedroht.
Nur wenig später, um 1890, wurde die Reblaus aus Amerika nach Südfrankreich eingeschleppt. Der Schädling, der an den Wurzeln der Rebe saugt und diese quasi verhungern lässt, verbreitete sich schnell in allen europäischen Weinbaugebieten. Erneut gingen die Rebflächen zurück, in Frankreich kam der Weinbau teilweise ganz zum Erliegen. Nur die Pfropfung europäischer Reben auf amerikanische Unterlagsreben rettete schließlich den europäischen Weinbau.
Der Bekreuzte Traubenwickler und der Einbindige Traubenwickler sind weitere Schädlinge, die den Ertrag mindern.

Für Qualitätswein bestimmter Anbaugebiete (QbA) sind heute in Deutschland 13 Weinbaugebiete ausgewiesen:
Ahr
Mosel-Saar-Ruwer
Nahe
Mittelrhein
Rheingau
Rheinhessen
Pfalz
Hessische Bergstraße
Franken
Württemberg
Baden
Saale-Unstrut
Sachsen
 
Hier liegen ca. 100.000 Hektar der weltweit rund 8.000.000 Hektar Anbaufläche (5.000.000 Hektar liegen in Europa). Der Durchschnittsflächenertrag liegt etwa bei 1 l/m2; je hochwertiger ein Wein ausgebaut wird, desto geringer ist der Ertrag.
54 % der 77.388 Weinbaubetriebe in Deutschland haben (1990) eine Anbaufläche von unter einem halben Hektar, weitere 15 % bis ein Hektar, weitere 24 % bis fünf Hektar. Viele Betriebe werden von Nebenerwerbslandwirten bewirtschaftet.
Nach dem Zweiten Weltkrieg hielten neue Kellereitechniken weltweit Einzug. Vollernter, Edelstahltanks, eine temperaturgesteuerte Gärung gehören heute zur Standardausrüstung jeder größeren Kellerei.
Gleichzeitig wurde der Weinbau zum globalen Geschäft. In verschiedenen Ländern wie USA, Australien, Chile, aber auch in Osteuropa baute man Weinberge neu auf oder intensivierte und modernisierte den Weinbau. Damit entstand auf dem Weinmarkt eine internationale Konkurrenz.
Aus dem Weinbauern wurde so der "Winemaker", der häufig in einem weitgehend industrialisierten Prozess große Mengen an Wein herstellt. Damit zeichnet sich eine Standardisierung des Weins ab, begünstigt durch Verarbeitungsmethoden wie Konzentrierung, Färbung, chemische Behandlung, die heute schon in vielen Ländern Standard sind.
Gleichzeitig sinkt der Weinkonsum in den europäischen Ländern stetig, vor allem in den klassischen Verbraucherländern Frankreich und Italien. Dies stellt für die Weinwirtschaft, vor allem im mittleren und unteren Preissegment, ein ernst zu nehmendes Problem dar.
Sonderformen des Weinbaus sind der ökologische Anbau, der Qualitätsausbau sowie der Anbau von Weinen, die als Zwischenprodukt dienen. Gemeinsames Merkmal der ersten beiden Formen ist der deutlich geringere Ertrag gegenüber dem regulären Weinbau. Dies ist beim ökologischen Anbau auf die größeren Verluste durch Schädlinge und Pflanzenkrankheiten aufgrund vermindertem Einsatz von Pestiziden und Insektiziden zurückzuführen. Beim Qualitätsweinbau werden schlechtere Trauben vor der Reife entfernt, damit der Weinstock mehr Kraft in die verbleibenden investieren kann.
 
Um 1970 entstanden die ersten ökologisch bzw. biologisch-dynamisch bewirtschafteten Weingüter. Zu dieser Zeit stand offensichtlich die biologische Verarbeitung im Vordergrund, und die Qualität der Weine ließ meist zu wünschen übrig. Aus diesem Grund waren Bio-Weine bis vor wenigen Jahren oftmals im Visier der Weinkritiker. Dies hat sich in den letzten Jahren erheblich verändert. In vielen Ländern nehmen immer mehr Winzer die teilweise sehr lange Umstellung in Kauf und produzieren hochwertige Weine mit durchaus auch für Weinkritiker überzeugender Qualität. So findet man heute vor allem in Deutschland, Frankreich und in Italien, aber auch in anderen Weinbauländern, Spitzenproduzenten, die nach den Methoden eines ökologischen bzw. biologisch-dynamischen Weinbaus arbeiten und vielleicht gerade deshalb exzellente Weinqualitäten vorweisen können.
Der ökologische Weinbau verzichtet weitgehend auf den Einsatz von chemischen Schädlingsbekämpfungsmitteln und setzt auf biologische Schädlingsbekämpfung, z. B. mit der Verwirrmethode.
Besondere Bewirtschaftungstechniken wie Seilzug oder Schienenbahnen erfordert der Steillagenweinbau, wie er vor allem in den steilen Flusstälern der Mosel, des Mittelrheins und der Ahr betrieben wird. Der Terrassenweinbau ist eine besondere Form des Steillagenweinbaus. Zur Verringerung der Steilheit werden Trockenmauern errichtet oder Terrassen in Löss einplaniert.