Con người đã cố gắng dự báo thời tiết trong nhiều thiên niên kỷ. Năm 650 BC, người Babylon tiên đoán thời tiết dựa vào hình dạng của các đám mây cũng như dựa vào chiêm tinh học.[1] Khoảng 340 BC, Aristotle miêu tả một phần thời tiết trong cuốn Meteorologica.[2] Sau đó, Theophrastus đã biên soạn một cuốn sách về dự báo thời tiết, gọi là Sách của dấu hiệu.[3] Tục ngữ về dự báo thời tiết của người Trung Hoa có lẽ có từ khoảng 300 BC,[4] mà cũng là vào cùng khoảng thời gian những nhà thiên văn cổ đại Ấn Độ phát triển các phương pháp dự báo thời tiết.[5] Năm 904 AD, cuốn Nông nghiệp Nabatean của Ibn Wahshiyya nói về dự báo thời tiết liên quan tới sự thay đổi khí quyển và dấu hiệu dự báo liên quan tới thay đổi từ các hành tinh và các ngôi sao; dấu hiệu của mưa dựa trên quan sát các pha Mặt Trăng; và dự báo thời tiết dựa trên sự chuyển động của gió.[6]

Phương pháp dự báo thời tiết của người cổ đại thường dựa trên quan sát một phần của những sự kiện, và do vậy chỉ nhận ra được một phần của thời tiết sẽ xảy ra như thế nào. Ví dụ, nếu quan sát thấy khi Mặt Trời lặn có màu đỏ, thì ngày hôm sau thời tiết khá thuận lợi. Kinh nghiệm như thế được tích lũy qua nhiều thế hệ tựu lại thành tục ngữ về thời tiết. Tuy nhiên không phải mọi tiên đoán này đều tin cậy được, và nhiều câu trong dân gian về thời tiết đã không còn thỏa mãn đối với các thử nghiệm thống kê nghiêm ngặt.[7]

Cho đến khi phát minh ra điện báo năm 1835 thì thời kỳ hiện đại của dự báo thời tiết mới bắt đầu.[8] Trước thời điểm này, thực tế không thể truyền tin từ nơi xa về trạng thái hiện tại của thời tiết nhanh hơn một chuyến tàu hơi nước (và tàu chạy bằng hơi nước cũng mới được phát minh ở thời đó). Cuối những năm 1840, điện báo đã cho phép báo cáo điều kiện thời tiết trên một vùng rộng lớn một cách tức thời,[9] cho phép dự báo từ những hiểu biết về điều kiện thời tiết ngoài việc thu thập số liệu từ hướng gió. Hai nhà khoa học khai sinh ra khoa học dự báo thời tiết là Francis Beaufort (tên tuổi ông gắn với thang Beaufort) và người bảo trợ của ông là Robert Fitzroy (người phát triển áp kế Fitzroy). Cả hai đều có ảnh hưởng đến hải quân và chính phủ Vương quốc Anh, mặc dù ở thời điểm đó có những nhạo báng trên báo chí về công việc của hai ông, nghiên cứu của họ lại đạt được niềm tin khoa học, và được Hải quân Hoàng gia chấp nhận, từ đó trở thành những kiến thức cơ sở cho dự báo thời tiết ngày nay.[10] Để truyền đạt thông tin (dữ liệu đo đạc và quan sát tình hình thời tiết hiện tại) một cách chính xác, cần thiết phải có từ vựng tiêu chuẩn miêu tả những khái niệm liên quan đến thời tiết (như mây, gió...); đối với mây cho tới những năm 1890 đã có những bộ atlas hoàn thiện mô tả nó.