Waktu panen terbaik adalah pagi hari setelah embus kering, sekitar pukul 07.00–10.00 WIB. Hindari panen saat hujan atau kelembaban tinggi karena biji akan sulit dikeringkan dan rentan berjamur. Panen dilakukan dengan memotong tangkai polong menggunakan gunting atau sabit tajam. Kumpulkan polong dalam wadah bersih, lalu segera keringkan di tempat teduh yang berventilasi baik selama 3–5 hari hingga polong benar-benar kering dan biji mudah terlepas.
Setelah kering, biji dipisahkan dari polong dengan cara dirontokkan manual atau digebuk perlahan. Gunakan ayakan untuk memisahkan biji dari kotoran dan sisa polong. Biji yang sudah bersih kemudian dijemur kembali di bawah sinar matahari tidak langsung selama 1–2 hari hingga kadar air mencapai sekitar 8–10%. Simpan biji dalam wadah kedap udara, ditempatkan di ruang sejuk dan kering. Biji jintan hitam yang disimpan dengan baik bisa bertahan hingga 1 tahun.
Hasil panen jintan hitam berkisar antara 0,5–1,5 ton biji kering per hektar. Untuk pekebun rumahan, dari 10 tanaman bisa diperoleh sekitar 100–200 gram biji kering. Panen dapat dilakukan secara bertahap karena polong tidak masak serempak. Lakukan penyortiran untuk memisahkan biji berkualitas (hitam mengilap, ukuran seragam) dengan biji cacat. Biji yang baik digunakan untuk bibit atau diolah menjadi minyak jintan hitam.