Die Meteorologie befasst sich mit den physikalischen Vorgängen in der Erdatmosphäre und dem Wetter. Ein Teilgebiet der Meteorologie ist die Klimatologie. Aufzeichnungen von systematischen Wetterbeobachtungen, die wissenschaftlich auswertbar sind, gehen in der Schweiz weit vor die Zeit meteorologischer Messungen zurück. Der Beginn der Meteorologie als exakte Naturwissenschaft ist jedoch eng an die florentinische Erfindung meteorologischer Messinstrumente um die Mitte des 17. Jahrhunderts gebunden. 1697 rief der Naturforscher Johann Jakob Scheuchzer dazu auf, an möglichst vielen Orten in der Schweiz nach einheitlichen Vorgaben das Wetter mit Instrumenten zu beobachten. Nur wenige Gleichgesinnte leisteten seiner Aufforderung Folge. Die ältesten erhalten gebliebenen Messreihen sind die von Genf ab 1753 und von Basel ab 1755.
Ein landesweit koordiniertes Beobachtungsnetz mit zwölf Messstationen wurde 1823 auf Initiative und unter Leitung der Schweizerischen Naturforschenden Gesellschaft geschaffen. 1837 scheiterte jedoch das Unternehmen. Erst mit der Unterstützung durch den Bund gelang ein Vierteljahrhundert später die Errichtung eines dauerhaften schweizerischen Wetterbeobachtungsnetzes. Die Schweizerische Naturforschende Gesellschaft trug abermals die Verantwortung für das Vorhaben. Am 1. Dezember 1863, mit dem Beginn des meteorologischen Winters, nahmen 88 Messstationen den Betrieb auf. Als Koordinations- und Auswertezentrum wurde ein der Sternwarte in Zürich angegliedertes meteorologisches Büro eingerichtet.
Die meteorologischen Beobachtungen dienten vorerst der Erforschung der Wettererscheinungen und des Klimas in den verschiedenen Regionen der Schweiz. Jedoch forderte vor allem die Landwirtschaft schon bald tägliche Wetterprognosen, wie man sie in Frankreich bereits kannte. Trotz Widerstand der meteorologischen Kommission, welche die Wissenschaftlichkeit solcher Prognosen bezweifelte, erwirkte die Landesregierung, dass ab dem 1. Juni 1878 der Öffentlichkeit in den Tageszeitungen tägliche Wetterberichte mit den Prognosen für den Folgetag zur Verfügung gestellt wurden. Der dadurch stark gewachsene Aufgabenbereich des meteorologischen Büros bewog den Bundesrat 1880 zur Gründung der Meteorologischen Zentralanstalt, die 1881 in Zürich ihre Tätigkeit aufnahm.
Mit dem aufkommenden Luftverkehr erfolgte 1927 die Gründung des Flugwetterdienstes als Teil der Meteorologischen Zentralanstalt. Ab 1929 wurden auf den Flugplätzen Zürich-Dübendorf, Genf-Cointrin und Basel-Birsfelden Flugwetterbeobachtungen durchgeführt und international verbreitet. Innerhalb des Flugwetterdienstes entstand 1936 der Sturmwarndienst, nicht nur für den Flugverkehr, sondern auch für die grösseren Schweizer Seen. Den speziellen meteorologischen Verhältnissen auf der Alpensüdseite widmet sich seit 1935 als Zweigstelle der Meteorologischen Zentralanstalt das Osservatorio Ticinese in Locarno-Monti. Der Betrieb der Wetterballone mit ihren Messinstrumenten obliegt seit 1941 der eigens dafür gegründeten Aerologischen Station in Payerne.
Zwischen 1976 und 1981 entstand in der Schweiz das sogenannte Automatische Messnetz ANETZ mit über 60 Stationen. Ab 1992 folgte das auf die Windmessung spezialisierte Ergänzungsnetz ENET. Die mit der Automatisierung der Messungen sprungartig angewachsene Datenmenge beschleunigte die 1958 begonnene Computerisierung der Meteorologie. Das Rechenzentrum an der Meteorologischen Zentralanstalt, seit 2000 MeteoSchweiz, wurde zur Drehscheibe des täglichen meteorologischen Routinebetriebs in der Schweiz und versorgte auch die in den 1980er Jahren entstandenen privaten Meteo-Anbieter, von denen 2008 erst einer über ein eigenes Messnetz verfügte, mit den aktuellen Daten. Die Verbreitung der Wettervorhersage an Radio und Fernsehen führte zur Popularisierung der Meteorologie. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts lassen sich dank neuer Medien Wetterprognosen und Unwetterwarnungen per Mobiltelefon empfangen und Niederschlagszellen als Radarfilm über das Internet verfolgen. Seit 1955 ist Genf Sitz der 1947 gegründeten Weltorganisation für Meteorologie.