เมื่อ พ.ศ. 2466 เริ่มมีการดำเนินงานใน "กรมทดน้ำ" กระทรวงเกษตราธิการ และต่อมาปลายปีได้จัดตั้ง เป็น "แผนกอุตุนิยมศาสตร์และสถิติ" กองรักษาน้ำ กรมทดน้ำ (ปัจจุบันคือ กรมชลประทาน) จนกระทั่งเมื่อวันที่ 6 สิงหาคม พ.ศ. 2479 จึงได้มีการจัดตั้งเป็นกองอุตุนิยมวิทยา สังกัดกรมอุทกศาสตร์ กองทัพเรือ และยกฐานะขึ้นเป็นกรมเมื่อวันที่ 23 มิถุนายน พ.ศ. 2485 ชื่อว่า "กรมอุตุนิยมวิทยา"

ต่อมาเมื่อวันที่ 29 สิงหาคม พ.ศ. 2505 จึงได้โอนมาสังกัดสำนักนายกรัฐมนตรี และโอนมาสังกัดกระทรวงคมนาคม เมื่อ 1 ตุลาคม พ.ศ. 2515 ในลำดับต่อมาได้มีการปฏิรูปกระทรวง ทบวง กรม ขึ้นใหม่ทำให้กรมอุตุนิยมวิทยา ได้โอนมาสังกัดกระทรวงเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร ตั้งแต่วันที่ 3 ตุลาคม พ.ศ. 2545 และเมื่อราชกิจจานุเบกษา ได้เผยแพร่ พระราชบัญญัติปรับปรุงกระทรวง ทบวง กรม (ฉบับที่ ๑๗) พ.ศ. ๒๕๕๙ กรมอุตุนิยมวิทยาได้ถูกโอนเข้ามาสังกัดกระทรวงดิจิทัลเพื่อเศรษฐกิจและสังคม