第二次世界大战前雷达用于军事目的。当时云、雨等气象目标的回波被作为干扰看待。1941年在英国最早使用雷达探测风暴。1942~1943年,美国麻省理工学院专门设计了为气象目的使用的雷达。在气象雷达发展初期,一般都靠手工操作,回波资料只能作定性分析。
20世纪60年代采用了多普勒技术,气象多普勒雷达具有对大气流场结构的定量探测能力;常规雷达的数字显示和彩色显示也相继出现。
70年代,除联合使用多部多普勒雷达外,又相继发展了大功率高灵敏度的甚高频和超高频多普勒雷达和具有多普勒性能的高分辨率调频连续波雷达;在雷达结构上,广泛采用了集成电路,配备有小型或微型电子计算机,使气象雷达能对探测资料进行实时数字处理和数字化远距离传输;有的天气雷达已能按照预先编好的程序,由电子计算机操纵观测,并逐步向自动化观测网的方向发展。
80年代以后,在多普勒雷达的基础上,科罗拉多州立大学电子工程系的教授提出了偏振气象雷达的思想,为大气雷达探测,已经气象资料分析提供了一个更为先进的平台。偏振多普勒雷达参数为分析雨滴等降水信息分布,以及降雨形状分布提供了更为精确的信息。科罗拉多州立大学的CSU-CHILL雷达也是世界上该领域最为先进的天气雷达,CSU-CHILL是美国国家天气雷达设备,由NSF提供资金,科罗拉多州立大学负责。