Khoa Khí tượng Thuỷ văn và Hải dương học có truyền thống đào tạo ngành Khí tượng vào năm 1966 khi thành lập Khoa Địa lí – Địa chất, Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội. Đến năm 1967, Bộ môn Khí tượng – Hải dương được chính thức thành lập nhằm đẩy mạnh đào đạo trong lĩnh vực Khí tượng và Hải dương học.

Năm 1970, Bộ môn Khí tượng-Hải dương được tách thành hai bộ môn: Vật lí Khí quyển và Vật lí Thủy quyển, tổ chức đào tạo liên tục hệ đại học chính quy 4-5 năm.

Năm 1984, Bộ môn Thủy văn được thành lập với 4 cán bộ giảng dạy đầu tiên là: PTS. Nguyễn Văn Tuần, KS. Nguyễn Thị Nga, KS. Nguyễn Thị Phương Loan và KS. Nguyễn Thanh Sơn và một cán bộ nghiên cứu là KS. Đặng Quý Phượng.

Ngày 23 tháng 10 năm 1995, Trường ĐHKHTN-ĐHQGHN được thành lập, đồng thời thành lập Khoa Khí tượng, Thuỷ văn và Hải dương học, đánh dấu bước phát triển mới.

Khoa Khoa Khí tượng Thuỷ văn và Hải dương học là trung tâm đào tạo các ngành Khí tượng, Thủy văn và Hải dương học cơ bản bậc cử nhân, thạc sĩ và tiến sĩ. Qua quá trình xây dựng và phát triển, Khoa đã đào tạo cho đất nước một lượng đông đảo cán bộ nghiên cứu, giảng dạy có trình độ và giữ nhiều vị trí quan trọng.

Hiện nay, Khoa có 5 đơn vị với tổng số 27 cán bộ giảng viên (trong đó có 1 giáo sư, 6 phó giáo sư, 15 tiến sĩ, 3 thạc sĩ và 2 cử nhân). Quy mô đào tạo sinh viên hệ đại học chính quy khoảng 220 sinh viên/năm.

Trong nhiều năm qua, Khoa đã chủ trì triển khai nhiều đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước, cấp Bộ và ĐHQGHN với tổng kinh phí mỗi năm trên 10 tỷ đồng. Thiết lập được mối quan hệ hợp tác quốc tế sâu rộng với Hoa Kỳ, Anh, Pháp, Đức, Nhật Bản...