芝麻成熟的标志是：植株由浓绿变为黄色或黄绿色，全株叶片除顶稍部外几乎全部脱落，下部蒴果种子充分成熟，种皮均呈现品种固有色泽，中部蒴果灌浆饱满，上部蒴果种子进入乳熟后期，下部有2-3个蒴果轻微炸裂。即芝麻终花后20天左右逐渐成熟，或打顶后25天左右成熟。
春芝麻一般在8月中下旬成熟，夏播芝麻在9月上旬可以收获，秋芝麻则于9月下旬成熟。同一产区芝麻成熟收获时间还与施肥量、种植密度、品种特征特性等有关。一般施量少、施肥时间早的地块芝麻成熟早，反之则迟；密植比稀植成熟早；早熟品种成熟早。另外，对遭受病害或旱涝灾害影响而提前枯熟的植株，应分片、分棵及早收获。
芝麻成熟后，应该趁早晚收获，避开中午高温阳光强烈照射，减少下部裂蒴掉子或病死株裂蒴造成的损失。目前绝大多数采用人工镰刀割刈法，个别零星产区也有用手拔的。在尚未应用机械化收获之前，一般以镰刀轻割较好。因为手拔不仅效率低，且根部带有泥土，脱粒时籽粒容易混入碎土。收获部分提前裂蒴植株时，必须携带布单或其它相应物品，以便随割随收打裂蒴的籽粒，以减少落籽损失。镰刀刈割一般在近地面3-7cm处斜向上割断，割取植株束成小捆，以20cm直径的小束（约30株左右）为宜，于田间或场院内，每3-4束支架成棚架，各架互相套架成长条排列，以利曝晒和通风干燥。
当大部分蒴果开裂时，进行第一次脱粒。一般倒提小束，两束相撞击，或用木棍敲击茎秆，使子粒脱落，而后再将束捆棚架。如此进行3-4次，可以基本脱净。因小捆架晒未经闷垛脱粒，按上述脱粒方法有时不易脱净。目前，国内摸索出“反弹脱粒法”，即在常规的脱粒之后，再倒提茎秆敲击茎秆，使剩余子粒借反弹作用从蒴壳中脱出，达到丰产丰收。
