Ngành Khí tượng, Thuỷ văn và Hải dương học thuộc khoa Địa lý - Địa chất có truyền thống đào tạo từ năm 1966. Năm 1967, thành lập Bộ môn Khí tượng - Hải dương, đến năm 1970 tách ra thành hai bộ môn Vật lý khí quyển và Vật lý thuỷ quyển, tổ chức đào tạo liên tục hệ đại học chính quy 4-5 năm. Năm 1984 thành lập Bộ môn Thuỷ văn. Năm 1995, Khoa Khí tượng Thuỷ văn và Hải dương học được tách ra từ khoa Địa lý - Địa chất, trực thuộc trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, với 3 Bộ môn: Khí tượng, Thuỷ văn và Hải dương. Tháng 3 năm 2004 thành lập thêm 2 Phòng thí nghiệm: Nghiên cứu Dự báo thời tiết và Khí hậu và Nghiên cứu Quản lý biển.