В связи с ограниченными масштабами метеорологических исследований в дореволюционное время и в первые годы советской власти подготовка специалистов метеорологического профиля в учебных заведениях не проводилась. В метеорологии работали, в основном, географы, физики. Начавшееся в 30–х годах интенсивное развитие производительных сил СССР потребовало коренного улучшения и расширения гидрометеорологического изучения страны и обслуживания народного хозяйства всевозможными метеорологическими материалами и прогнозами. Так, например, Сибзему срочно требовалось до 100 метеорологов с высшим образованием. Тем не менее, реальная подготовка специалистов метеорологического профиля началась после организации географического факультета, в составе которого была кафедра метеорологии и климатологии. Первый выпуск географов–климатологов состоялся в 1940 г.

В 1927 году начал трудовую деятельность в Томском университете выпускник физико–математического факультета М.В.Тронов, чьи исследования во многом определили перспективу развития высшего метеорологического образования в ТГУ и доминанту географического направление в метеорологии. М. В. Тронов руководил кафедрой с 1939 по 1958 гг. и разработал новую ветвь климатологии — гляциоклиматологию. По инициативе М. В. Тронова, чьему перу принадлежат более 250 научных статей и 9 монографий, при ТГУ создана единственная в стране Проблемная научно–исследовательская лаборатория гляциоклиматологии (ПНИЛ ГК).

Начавшаяся Великая Отечественная война нарушила обычный ритм работы кафедры. Свыше 30 студентов факультета ушли на фронт, многие из них сложили головы в битвах. В военные годы в Гидрометеослужбу Наркомата Обороны были направлены 68 выпускников (метеорологов и гидрологов). С 1954 г. Совет Министров СССР с целью улучшения работы Гидрометеослужбы поручил Томскому госуниверситету организовать подготовку инженеров–метеорологов для оперативной службы. Это потребовало серьезного усиленияфизико–математического цикла учебных дисциплин, а также укрепления материально–технической базы. Существенный вклад в решение указанных проблем внесли доценты З.П. Коженкова и В.И. Слуцкий. В 70–80–х гг. по Постановлению Совета министров РСФСР группа радиометеорологии кафедры метеорологии и климатологии на хоздоговорных началах совместно с лабораторией радиотехнических систем ТИАСУРа выполнила цикл работ по радиометеорологии (научный руководитель В.И. Слуцкий).

С 1976 по 1991 гг. кафедрой руководил профессор В.И.Русанов. Под его руководством получила развитие медицинская климатология, оформившееся в новое научное направление. В настоящее время продолжаются работы по горной метеорологии и радиоклиматологии.

В 1991 г. заведующим кафедрой избран профессор Г.О. Задде, ученик академика В.Е. Зуева. Г.О. Задде руководит работами по климато-экологическому мониторингу. По его инициативе существенно укрепляются научные и учебно–методические контакты с институтами СО РАН. За всю историю существования кафедры метеорологии и климатологии, она сменила 14 заведующих. В 2011 году заведующей кафедры стала В.П.Горбатенко, ведущий российский ученый.