พระราชานุสาวรีย์ พลเรือเอก พระเจ้าบรมวงศ์เธอ กรมหลวงชุมพรเขตรอุดมศักดิ์ ที่กรมอุตุนิยมวิทยา กรุงเทพฯ
ใน พ.ศ. ๒๔๖๖ กิจการอุตุนิยมวิทยาได้เริ่มที่กรมทดน้ำ กระทรวงเกษตราธิการ (ปัจจุบันคือ กรมชลประทาน) ต่อมา ได้จัดตั้งเป็นแผนกอุตุนิยมวิทยาและสถิติ สังกัดกองรักษาน้ำ กรมทดน้ำ และตั้งสถานีตรวจอากาศในต่างจังหวัดหลายสถานี ทำการตรวจฝนและอุณหภูมิอากาศ เพื่อทราบปริมาณของฝนที่ตกตามบริเวณลุ่มน้ำสายต่างๆ สำหรับใช้เป็นข้อมูล ในการพิจารณาก่อสร้างประตูน้ำในการระบายน้ำและกักเก็บน้ำ ต่อมาใน พ.ศ. ๒๔๗๒ ได้ยกฐานะขึ้นเป็นกองอุตุนิยมวิทยาและสถิติ
ใน พ.ศ. ๒๔๗๙ ได้โอนงานอุตุนิยมวิทยาจากกองอุตุนิยมวิทยาและสถิติ กรมชลประทาน กระทรวงเกษตราธิการ มารวมเข้ากับกองอุตุนิยมวิทยา กรมอุทกศาสตร์ กองทัพเรือ กระทรวงกลาโหม หลังจากนั้น งานอุตุนิยมวิทยาได้มีการขยายปรับปรุงงานก้าวหน้าขึ้นเป็นลำดับ ได้ตั้งสถานีตรวจอากาศกระจายตามท้องถิ่นต่างๆ โดยทำงานเป็นเครือข่าย และได้ขยายบริการออกไปอย่างกว้างขวาง
ใน พ.ศ. ๒๔๘๕ กองอุตุนิยมวิทยา กรมอุทกศาสตร์ กองทัพเรือ กระทรวงกลาโหม ได้ยกฐานะขึ้นเป็น "กรมอุตุนิยมวิทยา" ขึ้นตรงต่อกองทัพเรือ เมื่อวันที่ ๒๓ มิถุนายน พ.ศ. ๒๔๘๕ ซึ่งถือเป็นวันคล้ายวันสถาปนาของกรมอุตุนิยมวิทยา โดยมีสถานที่ทำการตั้งอยู่ที่ อาคารเลขที่ ๖๑๒ ถนนสุขุมวิท ตำบลคลองตัน อำเภอพระโขนง กรุงเทพฯ (ปัจจุบันเป็นสวนสาธารณะชื่อ "อุทยานเบญจสิริ" ที่สร้างขึ้น เพื่อน้อมเกล้าฯ ถวายสมเด็จพระนางเจ้าฯ พระบรมราชินีนาถ ในโอกาสทรงเจริญพระชนมพรรษา ๖๐ พรรษา เมื่อวันที่ ๑๒ สิงหาคม พ.ศ. ๒๕๓๕) และมีพระบรมราชโองการโปรดเกล้าฯ แต่งตั้ง นาวาเอก จรูญ วิชยาภัย บุนนาค ดำรงตำแหน่งเจ้ากรมอุตุนิยมวิทยาเป็นคนแรก
ใน พ.ศ. ๒๔๙๒ กรมอุตุนิยมวิทยาได้สมัครเข้าเป็นสมาชิกองค์การอุตุนิยมวิทยาโลก (World Meteorological Organization : WMO) นับเป็นสมาชิกลำดับที่ ๑๙ (ปัจจุบันมีสมาชิก ๑๖๑ ประเทศ กับดินแดนอีก ๖ แห่ง )
ใน พ.ศ. ๒๕๐๕ กองทัพเรือได้แบ่งที่ดินบางส่วนที่บางนาให้แก่กรมอุตุนิยมวิทยา เพื่อตั้งเป็นส่วนราชการอุตุนิยมวิทยาบางนา ใช้สำหรับขยายกิจการในด้านการค้นคว้าให้กว้างขวางยิ่งขึ้น ซึ่งในสมัยที่จอมพล สฤษดิ์ ธนะรัชต์ ดำรงตำแหน่งนายกรัฐมนตรี ได้เล็งเห็นว่า งานอุตุนิยมวิทยาเป็นกิจการที่สำคัญยิ่ง สมควรยกกิจการอุตุนิยมวิทยาให้เป็นการดำเนินงานในระดับชาติ จึงได้โอนกิจการอุตุนิยมวิทยาจากกองทัพเรือ กระทรวงกลาโหม ไปสังกัดสำนักนายกรัฐมนตรี เมื่อวันที่ ๒๙ มิถุนายน พ.ศ. ๒๕๐๕ โดยมีพระบรมราชโองการโปรดเกล้าฯ แต่งตั้ง พลเรือโท จรูญ วิชยาภัย บุนนาค เจ้ากรมอุตุนิยมวิทยา ดำรงตำแหน่งอธิบดีกรมอุตุนิยมวิทยาเป็นคนแรก
วันที่ ๑ ตุลาคม พ.ศ. ๒๕๑๕ จอมพล ถนอม กิตติขจร ซึ่งดำรงตำแหน่งนายกรัฐมนตรี เห็นว่างานของกรมอุตุนิยมวิทยา เกี่ยวข้องกับการคมนาคมมากกว่า จึงย้ายมาสังกัดกระทรวงคมนาคม
วันที่ ๒๓ มิถุนายน พ.ศ. ๒๕๓๕ กรมอุตุนิยมวิทยาย้ายมาอยู่ที่เขตบางนา และได้เปิดอาคารที่ทำการ "ตึก ๕๐ ปี อุตุนิยมวิทยา" เลขที่ ๔๓๕๓ ถนนสุขุมวิท แขวงบางนา เขตบางนา กรุงเทพฯ โดยได้รับพระมหากรุณาธิคุณจากสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี เสด็จฯ ทรงเป็นประธานเปิดงาน
วันที่ ๓ ตุลาคม พ.ศ. ๒๕๔๖ ได้ย้ายไปสังกัดกระทรวงซึ่งจัดตั้งขึ้นใหม่คือ กระทรวงเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร ตามการปฏิรูประบบราชการ พ.ศ. ๒๕๔๖
นอกจากการตรวจวัดอากาศและพยากรณ์อากาศแล้ว กรมอุตุนิยมวิทยายังได้ติดตั้งสถานีตรวจแผ่นดินไหวขึ้นในประเทศไทย เป็นสถานีตรวจวัดแผ่นดินไหวแบบมาตรฐานของโลก โดยได้จัดตั้งขึ้นเป็นแห่งแรกในประเทศไทย เมื่อ พ.ศ. ๒๕๐๖ ณ เชิงดอยสุเทพ จังหวัดเชียงใหม่