Ngày 18/4/1891, thành lập Trạm Khí tượng đầu tiên tại Tòa Công sứ Nam Định.

Ngày 16/9/1902, Toàn quyền Đông Dư­ơng ra Nghị định thành lập tại Đông Dương Đài Quan sát Từ trường và Khí tượng Trung ương (Đài Phủ Liễn, Hải Phòng).

Ngày 3/10/1945, Chủ tịch nước ban hành Sắc lệnh số 41 đưa Sở Thiên văn và Đài Thiên văn Phủ Liễn về trực thuộc Bộ Giao thông Công chính.[3]

Ngày 28/9/1955, Chính phủ ban hành Nghị định số 588/TTg thành lập Nha Khí tượng trực thuộc Phủ Thủ tướng.

Ngày 5/6/1956, Chính phủ ban hành Nghị định số 916/TTg thành lập Nha Khí tượng Thủy văn.

Ngày 29/12/1958, Chính phủ ban hành Nghị định số 563/TTg chuyển công tác thủy văn sang Bộ Thủy lợi và đổi tên Nha Khí tượng Thủy văn thành Nha Khí tượng trực thuộc Phủ Thủ tướng.

Ngày 14/10/1975, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ra Nghị quyết số 21-NQ/QHK6 thành lập Tổng cục Khí tượng Thủy văn trên cơ sở hợp nhất Nha Khí tượng và Cục Thủy văn (thuộc Bộ Thủy lợi).

Ngày 5/11/1976, Chính phủ ban hành Nghị định số 215/CP sáp nhập khí tượng và thủy văn quy định chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn và cơ cấu tổ chức bộ máy của Tổng cục Khí tư­ợng Thủy văn gồm 6 Vụ, 38 Đài KTTV tỉnh, thành và 12 đơn vị sự nghiệp.

Ngày 11/11/1994, Chính phủ ban hành Nghị định số 62/CP quy định chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn và cơ cấu tổ chức bộ máy của Tổng cục KTTV gồm 7 Vụ, 9 Đài KTTV khu vực và 8 đơn vị sự nghiệp.

Ngày 11/11/2002, Chính phủ ban hành Nghị định số 91/2002/NĐ-CP[4] thành lập Bộ Tài nguyên và Môi trường quy định chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn và cơ cấu tổ chức của Bộ Tài nguyên và Môi trường, theo đó Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia là một đơn vị sự nghiệp trực thuộc Bộ.

Ngày 9/1/2003, Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành Quyết định số 15/2003/QĐ-BTNMT quy định chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn và cơ cấu tổ chức của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia.

Ngày 17/9/2008, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 128/2008/QĐ-TTg[5] quy định chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn và cơ cấu tổ chức của Trung tâm Khí tượng Thủy văn quốc gia trực thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường.

Ngày 24/12/2013, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định 77/2013/QĐ-TTg[6] quy định chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn và cơ cấu tổ chức của Trung tâm Khí tượng Thủy văn quốc gia.

Ngày 4/4/2017, Tổng cục Khí tượng Thủy văn được thành lập lại theo Nghị định số 36/2017/NĐ-CP ngày 4/4/2017 của Chính phủ,[7] trên cơ sở Trung tâm Khí tượng Thủy văn quốc gia và mảng khí tượng thủy văn tách ra từ Cục Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu (cơ quan tách ra còn lại là Cục Biến đổi khí hậu).

Ngày 23/1/2018, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 03/2018/QĐ-TTg quy định chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn và cơ cấu tổ chức của Tổng cục Khí tượng Thủy văn.

Ngày 17/12/2019, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 1821/QĐ-TTg về lấy ngày 3 tháng 10 làm Ngày truyền thống ngành Khí tượng thủy văn Việt Nam.[8]