Ngay từ năm 1946, ý tưởng về các camera quay theo quỹ đạo để quan sát thời tiết đã được phát triển. Điều này là do phạm vi quan sát dữ liệu yếu ớt và chi phí sử dụng tên lửa quan sát thời tiết quá tốn kém cho mỗi lần quan sát. Đến năm 1958, các nguyên mẫu ban đầu cho TIROS và Vanguard (được phát triển bởi Quân đoàn Tín hiệu Quân đội) đã được tạo ra.[3] Vệ tinh khí tượng đầu tiên, Vanguard 2, được phóng vào ngày 17 tháng 2 năm 1959.[4] Nó được thiết kế để đo sự che phủ của mây. Tuy nhiên, do trục quay không chính xác nên nó không thu thập được nhiều dữ liệu có ích.[3]

Vệ tinh khí tượng được xem là thành công đầu tiên là TIROS-1, được phóng bởi NASA vào ngày 1 tháng 4 năm 1960.[5] TIROS hoạt động trong 78 ngày và được chứng minh là thành công hơn nhiều so với Vanguard 2. TIROS mở đường cho nhiều vệ tinh khí tượng cao cấp hơn trong tương lai, trong đó có chương trình Nimbus. Bắt đầu với vệ tinh Nimbus 3 vào năm 1969, thông tin nhiệt độ qua cột tầng đối lưu từ phía đông Đại Tây Dương và hầu hết Thái Bình Dương, dẫn đến những cải thiện đáng kể cho dự báo thời tiết.[6]

Các vệ tinh quay quanh cực ESSA và NOAA vận hành từ cuối những năm 1960 trở đi. Các vệ tinh địa tĩnh theo sau, bắt đầu với các vệ tinh loại ATS và SMS vào cuối thập niên 60 và đầu thập niên 70 của thế kỷ XX, sau đó tiếp tục với loại GOES từ những năm 1970 trở đi. Các vệ tinh quay quanh cực như QuikScat và TRMM bắt đầu chuyển thông tin gió gần bề mặt đại dương bắt đầu từ cuối những năm 1970, với hình ảnh vi sóng giống như màn hình radar, giúp cải thiện đáng kể các dự đoán về sức mạnh của bão nhiệt đới, cường độ và vị trí trong những năm 2000 và 2010.