原中国科学院兰州高原大气物理研究所是1959年5月为探索改变西北干旱途径的问题在兰州建立的，建所基础是兰州地球物理观象台，其前身为中科院地球物理所兰州分所。1962年同冰川冻土研究所合并成立中科院云雾物理冰川研究所，同年又分为兰州地球物理研究所和冰川冻土研究所。1974年兰州地球物理所又分为兰州高原大气物理研究所和兰州地震研究所。
按照中国科学院“知识创新工程试点”工作的战略部局要求，由当时的
中国科学院兰州冰川冻土研究所、
中国科学院兰州沙漠研究所和中国科学院兰州高原大气物理研究所通过学科定位、机构调整、研究领域交叉融合，在保留原有的特色学科基础上，于1999年6月整合为
中国科学院寒区旱区环境与工程研究所。
原中国科学院兰州高原大气物理研究所主要任务是研究我国青藏高原和西北干旱地区的天气、气候和其他大气物理现象的规律及其与环境的相互影响，为开发中国西部地区提供有关的科学依据。
原中国科学院兰州高原大气物理研究所在高原和干旱区天气、气候及边界层物理、大气辐射、雷暴闪电、雷达气象等研究领域取得了一批科技成果，培养了一批科技人才。在长期预报、地气相互作用、人工引雷、雷电定位应用、双线偏振雷达技术及其应用等方面的研究居国内领先地位。
该所主要研究我国西部高原和干旱地区的天气、气候和其他大气物理现象的规律及其与环境的相互影响，为开发中国西部提供有关的科学依据。1974年以来共取得科技成果149项，获国家、省、院、部以上奖励42项。主要获奖成果有青藏高原气象学研究，东亚季风研究，西北地区云雾宏观和微物理特征的研究，一种长期天气预报的新方法，防雹用闪电计数器，关于大气层结对近地面中湍流交换的影响问题，雷达识别雹云，青藏高原大地形影响的数值预报研究，BL—B型半导体致冷冰雹切片机，兰州第二热电厂大气环流影响的评价，利用前冬地温制作我国汛期降水的预报方法，1982年8月—1983年7月青藏高原冬季热源观测试验，高原季风的研究，我国西南及邻近地区网格嵌套数值预报模式研究，雷暴云电结构和起电过程，双线偏振天气雷达系统的研制，雷电的电磁辐射研究等等。完成的专著有《
青藏高原气象学》（叶笃正、高由禧等著）、《祁连山区气候学》、《理论气候学概论》（汤懋苍等著）等以及各种气候要素图集、科学实验文集和科学实验资料多册。
主要科研任务有：（1）在高原气象学方面发展地形条件下数值天气预报模式，研究青藏高原地区天气系统发生发展的规律及其对我国东部以至北半球天气气候的影响和青藏高原对大气环流的影响规律和机制。（2）在甘肃黑河地区开展地一气相互作用的观测实验，研究陆一气相互作用与短期气候预测的理论及预测方法。该项目为
国家自然科学基金重大科研项目和中日合作项目。（3）在大气电学的研究工作中侧重雷暴云电结构和闪电结构、机制及闪电辐射的研究，开展雷电观测和火箭引雷研究并逐步开展实验室模拟实验。（4）进行强对流活动的研究，主要进行包括特种雷达研究在内的冰雹云宏、微观物理过程研究和冰雹形成过程的实验室模拟研究，逐步开展数字化雷达在水文学方面的应用。（5）研究复杂地形条件下，大气污染的输送与扩散的规律和机理，开展大气环流评价工作。
截止1990年，有职工239人，其中科技人员179人（高级科技人员34人，中级科技人员58人）。设天气动力、云雾物理、气候、大气电学、大气辐射、边界层大气物理、大气环境等研究室和环境评价研究组，以及为科研服务的计算机室、图书情报室，并编辑出版学术季刊《高原气象》。另外，该所还设置有三部雷达的平凉冰雹云野外观测实验基地和中科院五道梁青藏高原综合考察研究站。