Начальные представления о климате и его закономерностях сложились ещё в Древней Греции. В 17 и 18 вв. появляются первые описания климатов на базе инструментальных метеорологических наблюдений. Э. Галлей, Дж. Хэдли в Великобритании и М. В. Ломоносов в России высказывают первые соображения о влиянии атмосферной циркуляции на климат. В начале 19 в. немецкий естествоиспытатель А. Гумбольдт положил начало систематическому описанию и объяснению климатов Земли и построил первые климатические карты. Во 2-й половине 19 в. климатологические исследования стали планомерными и с особым успехом развивались в России, где были сосредоточены в открытой в 1849 Главной физической обсерватории под руководством Г. И. Вильда. В это же время А. И. Воейков выполнил ряд исследований, в которых стремился обосновать как географические закономерности, так и геофизическую природу климата. Среди учёных, последователей Воейкова — А. А. Каминский (исследования по ветровому режиму и влагообороту), Л. С. Берг (работы в области палеоклиматологии и биоклиматологии, а также по классификации климатов Земли, основанной на выделении климатических зон), В. Ю. Визе и др. Ряд важных климатологических закономерностей был установлен и за рубежом. Климатолог В. Кеппен разработал в 1900—20 широко распространённую до сих пор классификацию климатов земного шара, основанную на выделении климатических зон по соотношению годичных режимов приземной температуры воздуха и осадков, а также заложил основы исследований связи климата с солнечной активностью. Австрийских климатолог Ю. Ханн в конце 19 в. составил трёхтомную монографию «Руководство по климатологии» (т. 1 опубликован в 1883) и провёл большое количество региональных исследований.
20 в. ознаменовался быстрым ростом глобальной сети метеорологических наблюдений, охватившей тропики, Арктику и Антарктику, океаны. В СССР, в частности, многое сделано для метеорологического изучения Северного морского пути, центральных районов Арктики, Антарктиды и океанов. Советская метеорологическая сеть охватила и почти не обследованные ранее районы страны. В результате был получен обширный материал, характеризующий климат всей территории СССР. К середине 20 в. в ряде стран появились фундаментальные справочные издания по климату, в том числе климатические атласы материков, стран, океанов; в порядке международного сотрудничества с 1971 издается мировой климатический атлас. Среди многочисленных советских изданий этого рода следует отметить многотомный справочник по климату СССР, климатический атлас СССР, климатические карты в Морском атласе, в атласах Арктики и Антарктики; получил всемирную известность вышедший двумя изданиями «Атлас теплового баланса земного шара». Появились и крупные монографические обобщения обширного климатологического материала: многотомное немецкое «Руководство по климатологии», издававшееся в 1930—39, начатый в 1969 международными усилиями многотомный «Мировой климатологический обзор», а в СССР серия монографий «Климат СССР». Расширение сети аэрологических наблюдений позволило в середине 20 в. распространить исследования по К. и на высокие слои атмосферы, что привело к появлению многочисленных сводок, аэроклиматических атласов и монографий как в СССР (работы научно-исследовательского института аэроклиматологии), так и за рубежом (в США и Великобритании изданы аэроклиматические атласы, в США и Западном Берлине выходят ежедневные серии высотных синоптических карт и т.п.).
Новые направления К. потребовали усиления внимания к методике обработки метеорологических наблюдений для целей К. В этих методических разработках советским учёным принадлежит ведущее место (О. А. Дроздов, Е. С. Рубинштейн и др.). В СССР главным образом развивалась и климатология комплексная. В области физической К. в середине 20 в. оформилось представление о тепловом балансе земной поверхности и атмосферы как о физической основе климата. Наибольшую систематизацию и развитие эти идеи нашли в работах М. И. Будыко и его школы в СССР. В США исследования в этом направлении проводили Г. Ландсберг, Д. Миллер и др. Параллельно велись работы по оценке климатообразующей роли влагооборота, особенно в СССР (О. А. Дроздов и др.), а также в США, Японии и ФРГ. За рубежом (Ф. Штейнхаузер в Австрии, М. Кончек в Чехословакии и др.) большое внимание уделяется климатологической обработке наблюдений в горных районах. Еще в 1930 Т. Бержерон в Норвегии выступил с концепцией динамической К., открывающей возможности объяснения и классификации климатов через определенные динамические системы, входящие в общую циркуляцию атмосферы. Это послужило толчком к усиленному изучению климатообразующей роли общей циркуляции атмосферы в СССР (Б. П. Алисов, В. А. Бугаев, В. А. Джорджио, Б. Л. Дзердзеевский, Х. П. Погосян, Т. В. Покровская, С. П. Хромов и др.), ФРГ (Г. Флон), Франции (П. Педелаборд). Климатические описания в СССР обычно сопровождаются анализом циркуляционных условий. Последние положены в основу получившей широкое распространение классификации климатов земного шара Б. П. Алисова (1952). Большие успехи на этом пути достигнуты и в К. тропиков (в Индии, США, Китае, ФРГ).
В связи с бурным ростом больших городов, быстрым изменением во многих районах условий природной среды резко повысился интерес к изучению микроклимата и местного климата, поскольку к ним, в первую очередь, относятся ненаправленные антропогенные изменения и возможные мелиорации климата (работы Р. Гайгера в Германии, С. А. Сапожниковой, И. А. Гольцберг в СССР). Непрерывно растущими запросами практики стимулируется развитие агроклиматологии и др. прикладных климатологических дисциплин.
В области палеоклиматологии с 30-х гг. 20 в. появляются крупные обобщения у К. Брукса (Великобритания), Г. Флона и др. В Германии Р. Шерхаг, в СССР В. Ю. Визе и Е. С. Рубинштейн тщательно изучали климатические изменения нашего времени (так называемое современное потепление климата). Выяснение влияний солнечной активности на климат является одной из существенных частей проблемы естественных изменений климата; здесь выделяются работы Ф. Баура в Германии, Х. Уиллета в США, Т. В. Покровской, Л. А. Вительса и др. в СССР. Решается задача прогноза климата на ближайшие десятилетия и столетия, особенно усложняемая необходимостью учета растущих антропогенных влияний. Интересные перспективы открываются в этом направлении на основе исследований теплового баланса, в том числе и его возможных антропогенных изменений.
Перспективы дальнейшего развития К. связаны с возможностью применения современного аппарата математической статистики при использовании ЭВМ для анализа обширного эмпирического материала. Углубленное понимание статистических закономерностей пространственно-временной структуры климата увеличит и возможности климатических прогнозов, содержащих практические рекомендации для народного хозяйства. Наряду с этим поставлена задача построения математических моделей (численное моделирование) климатообразующих процессов путем интегрирования уравнений атмосферной термогидродинамики и переноса радиации в атмосфере. Первоначальные формулировки задачи и первые результаты принадлежат советским учёным (Н. Е. Кочин, Е. Н. Блинова, М. Е. Швец и др.), в дальнейшем в эту работу энергично включились и американские учёные (Х. Филипс, Дж. Смагоринский и др.). Такие модели при достаточном их совершенстве позволят вычислять макромасштабное распределение элементов климата в трехмерной атмосфере и, возможно, откроют путь к удовлетворительному объяснению прошлых и к прогнозу будущих изменений климата. Современные ЭВМ большого быстродействия обеспечивают решение задачи такого моделирования с всё возрастающей степенью приближения к действительности.
Над проблемами К. в СССР работают во многих институтах Гидрометеорологической службы СССР (Главная геофизическая обсерватория, научно-исследовательский институт аэроклиматологии, Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт, Государственный гидрологический институт, Государственный океанографический институт, ряд периферийных гидрометеорологических институтов и гидрометеорологических обсерваторий); в географических институтах АН СССР и республиканских академий; в университетах и педагогических институтах; Географическом обществе СССР, а по вопросам прикладной метеорологии также во многих с.-х. и др. ведомственных институтах и пр. Задачи обеспечения народного хозяйства информацией о климатических условиях (служба климата) решаются Гидрометеорологической службой СССР через её управления и научные институты.
Международная кооперация в К. по линии научных и организационных мероприятий проводится через Всемирную метеорологическую организацию (ВМО), научные контакты осуществляются также через Международный союз геофизики и геодезии и Международный географический союз; в области биоклиматологии — через Международное биоклиматическое общество.
