Le territoire, éprouvé par les deux guerres mondiales, connaît des évolutions techniques, industrielles et agricoles façonnant de nouveaux paysages à partir des années 1950.

Le début du 20e siècle est marqué par une innovation technique à Moulins due au polytechnicien Eugène Freyssinet - nommé ingénieur des ponts-et-chaussées pour le département de l’Allier en 1905 - et dont le développement connaîtra un succès mondial dans le génie civil : le béton précontraint. En 1908, en partenariat avec l’entrepreneur François Mercier, Eugène Freyssinet est chargé de construire trois ponts sur l’Allier au Veurdre, à Châtel‑de-Neuvre et à Creuzier-le-Vieux (pont Boutiron). Avant de se lancer dans ces projets, Freyssinet réalise une arche d’essai à Moulins pour étudier la résistance du béton armé. Pour maintenir cette arche de 50 mètres de portée et assurer l’immobilité des culées de l’arche, il met au point un tirant-buton. Dans ce tirant en béton sont placés 1 200 fils d’acier tendus et maintenus par des ancrages. Il soumet ainsi constamment le béton à une force de compression, pour le rendre plus résistant à la force de traction qu’il doit supporter. C’est ainsi que Freyssinet invente à Moulins la technique du béton précontraint. Cependant, ce n’est qu’en 1928 que Freyssinet dépose son brevet sur la précontrainte et consacre sa vie au développement de cette nouvelle technique qui connaîtra un succès retentissant, toujours massivement utilisée de nos jours. Depuis 2021, cette arche d’essai est inscrite au titre des Monuments historiques. L’ingénieur construit alors les trois ponts prévus sur l’Allier, en commençant par celui du Veurdre en 1910. Ce pont en béton armé présentait trois arches dont une arche centrale de 72 mètres de portée. Quelques mois après la mise en service du pont, les arcs se sont affaissés, selon un phénomène que l’on découvre alors : celui de la déformation différée du béton soumis à charge… le béton est en effet un matériau plus flexible qu’on ne le croit ! Grâce à des vérins, l’ingénieur put rétablir la structure dans ses positions originelles. Cependant, le pont du Veurdre est dynamité en 1944 par les forces de libération afin de bloquer la retraite des troupes allemandes. Il est alors remplacé par le pont actuel en 1948-1949.

La Première Guerre mondiale (1914-1918) éprouve fortement le territoire, l’Allier comptant plus de 15 000 morts. Si la commune de Moulins possède déjà un monument commémoratif de la guerre franco-allemande de 1870, la grande majorité des monuments commémoratifs sont édifiés à l'issue de la Première Guerre mondiale, à l'échelle nationale comme à l'échelle locale. Ainsi, les communes du Pays d'art et d'histoire se dotent de monuments commémoratifs de tailles et d'architecture différentes, allant des stèles commémoratives aux sculptures monumentales.

Le 18 juin 1940, les troupes allemandes entrent à Moulins. Le département de l’Allier est coupé en deux, la ligne de démarcation traverse les communes de Thiel-sur-Acolin, Toulon-sur-Allier, Chapeau, Moulins, Villeneuve-sur-Allier. La ville de Moulins, préfecture du département, est elle-même coupée en deux, séparée de son faubourg de La Madeleine resté en zone libre. Le pont Régemortes, au-dessus de l’Allier, est un point de passage névralgique. La Mal-Coiffée, ancien donjon du château des ducs, devient dès 1940 une prison allemande, « prison raciale, prison politique, prison militaire » comme l’explique Yvonne-Henri Monceau, érudite locale juive qui n’y a séjourné que quelques jours grâce aux relations de son mari chirurgien. À la ferme des Mayences, sur la commune de Chapeau, subsiste une stèle érigée en mémoire des militaires français et de trois civils fusillés lors d’une attaque le 5 septembre 1944. Accusés d’être des maquisards, ils avaient été pris à parti par les troupes allemandes. Le domaine est pillé ce jour-là. Après la Libération, de nouveaux monuments commémoratifs s'élèvent en mémoire des victimes de ce second conflit mondial. Le département est marqué par une évolution politique notable avec l’essor du parti communiste.

Au cours du 20e siècle, la mécanisation et l’intensification des pratiques agricoles, les remembrements (nouvelle distribution des parcelles agricoles dans l'objectif de constituer des exploitations d'un seul tenant afin de faciliter l'exploitation des terres) auxquels s’ajoute la politique agricole commune, ont provoqué une révolution dans le monde agricole et modifié les paysages du territoire avec la destruction de près de 70% des haies du bocage bourbonnais en 50 ans.

Dans les années 1950-1960, s’implantent d’importantes entreprises telles que Thomson à Moulins qui fait travailler jusqu’à 900 salariés ou encore l’usine Potain à Avermes qui embauche 250 personnes en 1970. Quant à l’usine de serrurerie JPM ouverte en 1970 à Moulins, elle embauche 350 personnes au début des années 2000. Cependant, le territoire du Pays d’art et d’histoire est plus fortement marqué par les activités tertiaires que par l’industrie. Il faut signaler l’importance du centre d’essai Potain à Lusigny qui conçoit les prototypes des grues Potain, expédiés après validation dans le monde entier. Il s’agit d’un site international, axé sur la recherche et le développement.