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产业结构理论的渊源可追溯到17世纪英国古典政治经济学家威廉·配第（W. Petty）的相关理论，他第一次发现了产业结构的不同是形成国民收入差异及不同的经济发展阶段的关键原因。他于1672年写成了《政治算术》一书，通过考察得出结论：工业比农业收入多，商业又比工业收入多，即工业比农业的附加值更高，而商业又比工业的附加值更高。重农学派的创始人魁奈分别于1758年和1766年发表了重要论著《经济表》和《经济表分析》，他根据自己创立的“纯产品”学说，提出了关于社会阶级结构的划分：生产阶级，即从事农业可创造“纯产品”的阶级，包括租地农场主和农业工人；土地所有者阶级，即通过地租和赋税等形式从生产阶级那里取得“纯产品”的阶级，包括地主及其仆从、君主官吏等；不生产阶级，即不创造“纯产品”的阶级，包括工商资本家和工人。他在经济理论上的突出贡献是在“纯产品”学说的基础上对社会资本再生产和流通条件的分析。马克思把社会资本再生产分为Ⅰ、Ⅱ两大部类，即生产资料部类和消费资料部类，并阐明了社会资本再生产要顺利进行，两大部类必须符合一定的比例关系。亚当·斯密在《国富论》中虽未明确提出产业结构概念，但论述了产业部门、产业发展及资本投入应遵循农工批零商业的顺序。其时恰逢工业革命前夕，重商主义阻碍工业进步的局限性和商业繁荣的虚假性已暴露出来。就此而论，配第、魁奈、马克思与亚当·斯密的研究和发现是产业结构理论的重要思想来源。
20世纪30—40年代是现代产业结构理论的形成时期，这一时期对产业结构理论的形成做出突出贡献的人主要有费希尔、克拉克、赤松要和库兹涅茨等。20世纪30年代，澳大利亚经济学家费希尔（A. G. B. Fisher）提出了三次产业分类法。德国经济学家霍夫曼在1931年出版的《工业化阶段和类型》一书中，分析了消费资料工业净产值与资本资料工业净产值的比例，得出了著名的霍夫曼定理，揭示了在工业化第一阶段的结构演化规律。英国经济学家科林·克拉克（Collin G. Clark）在1940年出版的《经济发展的条件》一书中，通过对四十多个国家和地区不同时期三次产业劳动力投入和总产出统计资料的整理、分析，得出了后来被称为“配第克拉克定理”的结论。日本经济学家赤松要在1935年提出了产业发展的“雁阵理论”，人们常以此表述后进国家工业化、重工业化和高加工度化发展过程。美国著名经济学家库兹涅茨在1941年发表的著作《国民收入及其构成》中对产业结构的演变规律进行了更深入的研究，分析、总结了国民收入和劳动力在产业间分布的一般趋势，阐述了国民收入与产业结构间的重要联系。
产业结构理论在20世纪50—60年代得到了较快的发展，这一时期对产业结构理论做出突出贡献的代表人物包括里昂惕夫、刘易斯、希金斯、赫希曼、罗斯托、钱纳里和一批日本学者等。里昂惕夫于1953年和1966年分别出版了《美国经济结构研究》和《投入产出经济学》两本书，建立了投入产出分析体系。刘易斯在1954年发表的《劳动无限供给条件下的经济发展》一文中，提出了用以解释发展中国家经济问题的理论模型，即二元经济结构模型。希金斯分析了二元结构中先进部门和原有部门的生产函数的差异。赫希曼在1958年出版的《经济发展战略》中提出了一个不平衡增长模型，其中的关联效应理论和最有效次序理论，已经成为发展经济学中的重要分析工具。罗斯托提出了著名的主导产业扩散效应理论和经济成长阶段理论，主要著作有《经济成长的过程》和《经济成长的阶段》等。钱纳里等人对产业结构理论的发展贡献颇多，总结了在工业化进程中产业结构演进的若干规律，提出了“发展型式”理论。日本学者筱原三代平提出了“动态比较费用论”，强调通过对后进国家幼稚产业的扶持，原来处于劣势的产业有可能转化为优势产业。
有关产业结构的核心理论大多出现在20世纪上半叶，其原因主要是经济学家开始关心后进工业国家如何实现工业化与经济增长。20世纪后半叶有关产业结构的理论研究陷入了停滞，而中国有关产业结构的研究则主要始于改革开放之后，当时中国产业结构严重不合理，面临着如何实现产业结构调整的问题。因此，中国的研究者通常是在西方经济理论的基础上结合本国的实际进行实证分析。林毅夫采纳了“旧结构主义”关于经济发展的本质是产业结构不断调整和升级的过程这一观点，提出了国家应该在发现、培育和扶持具有比较优势的产业上扮演积极的角色。为了具体指导发展中国家制定发展政策，林毅夫将市场和政府的作用结合起来，提出了“增长识别与协调”（growth identification and facilitation）六大步骤。干春晖等人在测度产业结构合理化和产业结构高级化的基础上，构建了关于产业结构变迁与经济增长的计量经济模型，进而探讨了二者对经济波动的影响。在近期的研究中，学者们倾向于从供给、需求、技术进步、大国优势、动态比较优势、全球价值链、国际贸易和国际投资等不同的角度来考虑中国当前的产业结构调整问题。江小涓认为，自主创新能力不足是我国产业结构中较为突出的问题之一，而现代经济增长的主要动力就是技术进步，技术进步显著影响着产业结构的变迁，加速技术进步是中国产业结构调整的必由之路。在需求方面，国务院发展研究中心课题组研究指出，消费结构的升级给中国产业结构和经济增长方式转变带来了新的压力。同时，另一些研究则强调国际贸易和国际投资，例如：裴长洪指出，FDI是实现我国产业结构优化升级的一条重要途径；王岳平认为，通过商品的进出口可以改善各部门的投入产出效率和促进专业化与市场竞争，因而对产业结构调整与升级产生重要影响。