La storia della meteorologia operativa in Italia è ormai plurisecolare. Il 9 Aprile 1865 fu istituito presso il Ministero della Marina un Ufficio Centrale di Meteorologia e, il 1° Aprile 1866 una ventina di stazioni  meteorologiche costiere iniziarono a telegrafare osservazioni meteorologiche all’Ufficio, il quale unendole alle osservazioni provenienti dagli uffici centrali francesi e britannici, le trasmetteva a Genova, Livorno, Napoli, Palermo, Messina e Ancona, dove organismi locali emettevano dei primi tentativi di previsioni del tempo. Il Regio Decreto n° 3534 del 26 novembre 1876 istituì il Regio Ufficio Centrale di Meteorologia, con sede presso il Collegio Romano in Roma. L’Ufficio Centrale di Meteorologia provvedeva al servizio di osservazione, all’analisi sinottica dello stato del tempo, ai presagi (le odierne previsioni) e alla climatologia italiana. Parallelamente, dal 1° Agosto 1880, l’Istituto idrografico della Marina iniziò a svolgere il compito di Servizio Meteorologico per la navigazione marittima. 

Con la diffusione dell’aeroplano, all’inizio del XX secolo, fu subito chiara la significativa influenza delle condizioni meteorologiche sulle attività di volo. Si avvertì quindi con sempre maggiore insistenza la necessità di avere una conoscenza approfondita della struttura dell’atmosfera nella sua tridimensionalità e si cominciò a ricercare il modo di “sondare” l’atmosfera negli strati più alti. Allo scopo fu costituito, con il Regio Decreto n. 455 del 27 Febbraio 1913, il Regio Servizio Aerologico Italiano, emanazione del Comitato Talassografico Italiano, con il compito di rilevare dati atmosferici in quota a fini aeronautici e marittimi. Tuttavia, Già nel maggio del 1911 nasceva la direzione tecnica presso l’Osservatorio Aeronautico di Vigna di Valle, che divenne la Regia Stazione Aerologica Principale. Il 3 Luglio 1913 fu stilato il regolamento per il funzionamento di una Sezione Presagi, nell'ambito dell’Ufficio Centrale di Meteorologia, che fungesse da centro coordinatore per le previsioni del tempo 
negli interessi dell'agricoltura e della navigazione aerea e marittima. 

Inizia in tal modo la storia del Servizio Meteorologico Nazionale, i cui interessi specifici operativi coincidevano, a quel tempo, quasi esclusivamente con quelli degli Enti militari. Nel drammatico contesto della Prima Guerra Mondiale la messa a punto di tecnologie, ancorché embrionali, che permettessero reali vantaggi sul campo, divenne essenziale.
Le osservazioni e le previsioni aeree e terrestri assunsero quindi grande importanza. Fondamentale fu il Regio Decreto n° 3165 del 30 Dicembre 1923 "Riordinamento dei Servizi di Meteorologia e Geofisica" (pubblicato nella Gazzetta Ufficiale n°36 del 12 febbraio 1924) attraverso il quale: furono soppressi alcuni osservatori meteorologici e geodinamici; il Regio Ufficio Centrale di Meteorologia e Geodinamica prese il nome di Regio Ufficio di Meteorologia e di Geofisica e gli osservatori meteorologici e geodinamici presero il nome di Regi Osservatori Geofisici; i ruoli organici dell’Ufficio centrale, degli osservatori geodinamici e di quelli di montagna presero il nome di ruolo organico del personale addetto ai servizi di meteorologia e geofisica. 

In virtù di questo decreto e della nascita nello stesso anno dell'Aeronautica Militare, al giorno d'oggi sul simbolo del Servizio Meteorologico compare l'anno 1923. In quel periodo il Regio Ufficio di Meteorologia, con il Regio Decreto n° 1431 del 2 Luglio 1925 tutt’ora in vigore, fu riorganizzato su base interministeriale, come Servizio Meteorologico Nazionale “Ufficio Presagi” alle dipendenze del Commissariato per l’Aeronautica. Il decreto del 1925 trasferì l’Ufficio Presagi al Commissariato. L’Ufficio assorbì la Sezione Aerologica della Direzione Superiore del Genio e delle costruzioni Aeronautiche ed ebbe come direttore il prof. Filippo Eredia. Nel 1930 il Servizio Meteorologico fu inserito nel Ministero della Guerra e nel 1931 fu trasferito nel nuovo complesso edilizio di Palazzo Aeronautica. Il personale già in attività era civile, ma quello neoassunto era arruolato mediante concorso per la carriera militare. 

Dopo varie vicissitudini, tra il 1934 ed il 1938, il Servizio assunse una connotazione unitaria nell'ambito della Regia Aeronautica e fu inserito nell’Ufficio Centrale Telecomunicazioni Assistenza al Volo. Fino alla fine del 1938 il personale facente parte del Servizio Meteorologico era civile; la legge n°900 del 19 Maggio 1939 diede il via agli arruolamenti. I vincitori del primo concorso per Ufficiali presero servizio nel luglio del 1940. Il 28 Agosto 1942 con il Regio Decreto n° 1318 l’Ufficio Centrale Telecomunicazioni Assistenza al Volo divenne Ispettorato Telecomunicazioni e Assistenza al Volo, I.T.A.V., in seno al quale operava la parte centrale del Servizio Meteorologico. La componente periferica era costituita da Uffici Meteorologici Regionali C.M.R., Osservatori Scientifici Sperimentali di Meteorologia Aeronautica O.S.S.M.A., Uffici Meteorologici Aeroportuali, U.M.A.,  Stazioni Meteorologiche e Posti di Informazioni Meteorologiche P.I.M.. Nel 1978 i centri tecnici operativi del Servizio sono stati riuniti in un unico Ente centrale: il Centro Nazionale di Meteorologia e Climatologia Aeronautica, C.N.M.C.A., con sede dapprima in Roma e poi in Pratica di Mare. Nel 1950, con la ratifica da parte italiana dell’adesione all’Organizzazione Meteorologica Mondiale, OMM, con la legge 1237 del 21 novembre, si ufficializzò il ruolo centrale del Servizio, ribadito successivamente dai Decreti della Presidenza della Repubblica n. 484 del 27 luglio 1981 e n°556 del 25 Ottobre 1999, che hanno stabilito la competenza del Capo di Stato Maggiore dell’Aeronautica “a presiedere l’alta direzione tecnica, operativa e di controllo dell’intero Servizio Meteorologico”.