1950년 3월 세계기상사업의 조정 및 표준화를 도모하고, 국가간 기상정보의 효과적인 교환을 장려하고, 각국에 대한 기상조사 및 훈련을 촉진시킬 것을 목적으로 발족되었다.
1853년 당시 해양진출국가들의 모임에서 해상안전사고 미연방지를 위하여 기상관측을 수행하여 상호교환할 것을 합의하였고, 그 뒤 국제협력조직으로 1873년에 국제기상기구(IMO)가 비정부간기구(非政府間機構)로 발족되었다. 그 뒤 항공발달로 새롭고 자세한 기상정보의 필요성이 대두되고, 또 과학기술의 발달로 급격한 기상업무의 진전을 보게 되었다.
따라서 기상정보교환과 국제협력을 위한 새로운 국제기구의 창설필요성이 대두되어 1947년 10월 11일 국제기상기구 제12차 총회에서 42개국이 새로운 세계기상기구헌장에 서명하였다. 이 헌장이 1950년 3월 23일 발효됨으로써 세계기상기구가 발족되었으며, 1951년 12월 20일 유엔전문기구가 되었다. 2012년 현재 회원국은 183개국이며, 스위스의 제네바에 그 본부가 있다.
조직은 정책결정 및 활동계획을 수립하는 최고기관으로 4년마다 개최되는 총회, 36개국으로 구성되며 총회에서 결정된 정책을 추진하는 집행위원회(매년 개최), 6개 지역협회로 구성되는 지역기상협회, 항공기상위원회 등의 8개 전문위원회, 그리고 기술직원 및 사무직원으로 구성되는 사무국이 있다.
현재 이 기구는 회원국간의 기술협력·교육훈련·조사사업을 수행하는 한편 세계기상의 날인 3월 23일을 기하여 전세계에 ‘인류와 기상’의 홍보에 힘쓰고 있다. 우리 나라는 1956년 3월 16일에 이 기구에 가입하였으며, 1981년 9월에는 당시의 사무총장 닐센이 방한하기도 하였다. 그리고 이 기구가 시행하는 기상기술자 양성프로그램에 따라 1985년 6월 현재 40여 명의 기상기술자들이 해외훈련을 했으며, 외국전문가 36명이 초빙되어 기술협력을 하였다.
특히 기상연구소는 이 기구와 유엔개발계획(UNDP)의 기술원조자금 약 100만 달러를 제공받아 연구업무의 활성화를 도모하였다. 북한은 1975년 5월 7일 이 기구에 가입하였다.