Das 1929 gegründete Meteorologische Institut der Universität Hamburg wurde nach dem 2. Weltkrieg mit den Fächern "Meereskunde" und "Physik des Erdkörpers" im Geophysikalischen Institut vereint, existiert aber als selbständige Einheit wieder seit 1962.
Das Meteorologische Institut hat sich seither zu einem führenden Universitätsinstitut für Meteorologie in Deutschland entwickelt. Aus dem Institut sind das Max-Planck-Institut für Meteorologie und das Deutsche Klima-Rechenzentrum hervorgegangen. Es hat zusammen mit dem Institut für Meereskunde seit Beginn der 70er Jahre ununterbrochen für die Existenz von mindestens einem Sonderforschungsbereich an der Universität Hamburg gesorgt. Es gehört zu den Instituten mit den höchsten Drittmitteleinnahmen der Universität. Die Drittmittel kommen nicht nur aus Deutschland und Europa, sondern auch aus Japan oder den USA, was als Hinweis auf das internationale Renommee des Instituts interpretiert werden darf.
Das Institut entwickelt Modelle für Klima- und Umweltsimulationen von der globalen bis zur lokalen Skala. Es hat eine spezielle Abteilung für Technische Meteorologie, die Europas größten und modernsten Grenzschicht-Windkanal betreibt, und die es in dieser Form in keiner anderen meteorologischen Forschungseinrichtung gibt. Zusammen mit dem Max-Planck-Institut ist es führend in der Entwicklung bodengebundener Fernerkundungssysteme. Es hat Zugriff auf Forschungsschiffe und –flugzeuge und beteiligt sich an internationalen Groß-Experimenten in allen Teilen der Welt.
Die leitenden Wissenschaftler des Instituts engagieren sich in nationalen und internationalen Gremien, in der Politikberatung und im Technologietransfer. In der Lehre ist das Institut Teil eines internationalen Ausbildungsnetzwerkes, das bis in die USA, nach China und Australien reicht (siehe unter Lehre).
Das Meteorologische Institut versteht sich als Keimzelle des Centrums für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) der Universität Hamburg, dem es seit seiner Gründung im Jahre 1989 angehört. Dieser Forschungsverbund wurde Ende 2003 durch einen Kooperationsvertrag mit dem Max-Planck-Institut für Meteorologie zum Zentrum für Marine und Atmosphärische Wissenschaften (ZMAW) erweitert. Das ZMAW betreibt Erdsystemforschung im weitesten Sinne. Es hat sich ein gemeinsames Forschungsprogramm gegeben, betreibt gemeinsame Labore, Werkstätten sowie eine Bibliothek. 2007 gelang es, gemeinsam mit dem MPI und dem GKSS Forschungszentrum ein Exzellenzcluster zum Thema „Integrated Climate System Analysis and Prediction (CliSAP)“ nach Hamburg zu holen. CliSAP wird sich mit aktuellen Fragen des Klimawandels, möglichen Folgewirkungen sowie dem Problem der Vorhersagbarkeit von Klima befassen. Die mit der Bewilligung bereitgestellten Fördermittel werden dazu benutzt, in Hamburg das deutsche Kompetenzzentrum für Klimaforschung, den KlimaCampus Hamburg, zu errichten.