人类从狩猎、采集过渡到种植业以后，便逐步积累气象条件对农业生产影响的知识。中国早在春秋时代己知用土圭测日影的办法定季节，有了春分、秋分、夏至、冬至四个节气。在《诗经·豳风·七月》中已经有“四月秀葽，五月鸣蜩”，“八月剥枣，十月获稻”的物候记载。西汉初的《淮南子·天文训》一书中已有二十四节气的全部名称。《逸周书·时训解》中将一年分为七十二候，每个节气为3候，每候5天，各有一相应的物候现象。这是中国最早形成的结合天文、气象、物候知识指导农事活动的历法。这可看作古代农业气象学的萌芽。
温度表的发明并用于气象学和生物学研究之后，开始了植物生长发育与气象条件定量关系的观察研究。随着气象观测网的建立，逐步开展了气候与农业关系的研究。农业气象学一方面作为生态学的重要组成部分，通过定量观测研究植物(或动物)生长发育与环境气象因子的关系而发展起来。如1735年著名的列氏温度表创始人R.A.F.de列奥米尔发现可用积温来衡量植物的生长速度，这一学说至今仍是农业气象学的一个重要基础理论。另一方面农业气象学又是作为地理气候学的一个重要分支而发展起来。如：俄国的A.N.沃耶伊科夫、奥地利的A.苏潘、德国的W.柯本、中国的竺可桢等人，对植被、动物、土壤与气候的关系以及地区分布进行了研究，为农业气候学和农业物候学的发展开辟了道路。但是农业气象学形成一门完整的独立的学科并进行系统的研究则只是20世纪30～40年代以来的事。第二次世界大战之后，由于人口增长对粮食需求的压力，加之气候异常引起粮食生产的巨大波动使各国政府对粮食生产极为关切，因之农业气象学在世界范围内受到重视，在农业科学和大气科学迅速发展的同时，农业气象学也得到相应的迅速发展。国际气象组织于1913年成立了农业气象学委员会(CAgM)，至1983年已开过8届会议。中国在1953年开始了系统的农业气象研究和业务工作。
