国家气候中心隶属于中国气象局，为独立的司局级法人事业单位，是国家级科技型业务单位。

1994年2月21日，经中华人民共和国国务院批准组建国家气候中心，为中国气象局司局级直属事业单位。

1995年1月10日，由当时的国务委员宋健同志正式授牌成立国家气候中心。

2001年9月，中国气象局决定将国家气候中心合并到国家气象中心，名称为国家气象中心（气候中心），国家气候中心法人资格继续保留，在中编办的户头维持不变。

2003年3月31日，世界气象组织（WMO）北京气候中心正式挂牌成立。

2004年4月，根据中国气象局《关于直属业务单位及局机关内设机构调整的意见》，重组国家气候中心。重组后的国家气候中心仍为中国气象局直属事业单位，具有独立法人资格，是国家级科技型业务单位。

2006年3月，中国气象局风能太阳能资源评估中心成立，挂靠国家气候中心。

2008年5月，中国气象局气候变化中心成立，挂靠国家气候中心。

2010年8月，气候资源中心转到中国气象局公共气象服务中心。

2011年1月5日，中国气象局印发《现代气候业务发展指导意见》，为现代气候业务的改革和发展明确了指导思想、发展目标和主要任务；1月18日，中国气象局批复《国家气候中心改革方案》，按照服务业务、关键业务和支撑业务三大块，重组了内设机构，将岗位设置为业务、科研和工程三类五级，改革了分配制度，扩大了绩效分配份额。

2014年4月15日，中国气象局批复《国家气候中心气象现代化实施方案（2014-2020）》，推进气候业务现代化建设。

2016年5月30日，中国气象局批复《国家气候中心全面深化改革实施方案》。

2021年8月4日，中国气象局批复同意《中国气象局气候变化中心建设方案》，在气候变化室的基础上组建了气候变化战略研究室、气候变化监测预估室、气候变化影响适应室；12月，气候模式室整体划转中国气象局地球系统数值预报中心；12月31日，中国气象局印发《国家气候中心职能配置、内设机构和人员编制规定》，确定办公室与计划财务处合并设置，党委办公室和人事处合并设置。

2022年4月28日，中华人民共和国国务院印发《气象高质量发展纲要（2022—2035年）》，标志着气象事业进入高质量发展阶段，国家气候中心也同时进入高质量发展阶段。

据2024年5月中心官网数据，国家气候中心拥有职工168人，其中中国科学院院士1人、中国工程院院士1人，国家杰出青年基金获得者1人，享受国务院特殊津贴3人，气象领军人才5人，中国气象局首席气象专家10人，中国气象局青年气象英才6人，国家气候中心气候变化首席专家8人。研究员（正研级高工）60人（占总人数的36%），副研究员（高级工程师）73人（占总人数的43%）。具有博士学历人数占职工总人数的65%以上。另外有一批中国国内外特聘专家、访问学者、交流预报员在中心开展合作研究。

中国科学院院士（专职）：秦大河

中国工程院院士（专职）：丁一汇

国家杰出青年基金获得者：孙颖

国务院特殊津贴获得者：张存杰、封国林、陈丽娟

国家百千万人才工程有突出贡献中青年专家：孙颖

据2024年5月中心官网数据，国家气候中心设置有8个科研业务处室，另外还设有博士后科研工作站，另外，中心还是世界气象组织亚洲区域气候中心（BCC）、东亚季风活动中心（EAMAC/WMO）、全球长期预报产品中心（GPC/WMO）、亚洲极端天气气候事件监测评估中心（CEEMA/WMO）和第三极区域气候中心（TPRCC/WMO）。

中国气象局重点开放实验室：中国气象局气候预测研究重点开放实验室

中国气象局模拟联合实验室：中国社会科学院—中国气象局气候变化经济学模拟联合实验室

博士后科研工作站：国家气候中心博士后科研工作站

其它科研平台：中国气象局气候变化中心、气候科技成果中试基地

科研业务处室：气候服务室、气候预测室、气象灾害风险管理室、气候变化战略研究室、气候变化监测预估室、气候变化影响适应室、气候研究开放实验室、业务系统发展与运控室

2023年8月26日，黑龙江省气象局与国家气候中心在哈尔滨签署战略合作协议。

2024年2月7日，中国农再与国家气候中心在北京签署战略合作协议。

2022年4月，国家气候中心气候预测室获“2022年全国工人先锋号”称号。

2022年6月，国家气候中心气候服务室党支部获“先进基层党组织”称号。

据2024年5月中心官网数据，国家气候中心承担了数十项国家重点研发计划项目和几十项国家自然科学基金项目。曾获过国家科学技术进步一等奖一项、二等奖三项，国家自然科学奖二等奖两项等国家重大奖项。众多研究成果应用于气候和气候变化业务取得了明显的社会和经济效益。可向中国各级政府和世界气象组织成员国提供气候和气候变化业务产品几十余种，每年为中国共产党和中国政府各级部门提供数百份气候和气候变化决策服务材料。成功地预测了1998年长江流域的严重洪涝灾害、2015年汛期中国降水“南多北少”分布格局等。为三峡工程、青藏铁路工程和南水北调工程等重大工程，为冬奥运赛事、APEC、G20峰会等重大活动及时提供气候背景分析、气候趋势预测和未来区域气候变化情景预估等决策服务材料。

《气候变化研究进展》创刊于2005年5月，由中国气象局主管、国家气候中心主办的气候变化研究领域内自然科学和社会科学相结合的综合性学术期刊。设有气候系统变化、气候变化影响、气候变化适应、温室气体排放、对策论坛、简讯等栏目，其内容包括中国国内外气候变化研究的最新成果与进展，以及与气候变化有关的交叉学科，如地球科学、生态与环境科学、人文与社会科学等方面的最新研究成果和进展；报道全球变化最新的观测事实、重要信息及应对全球气候变化的适应、减缓措施和技术成果等；及时反映与气候变化相关的各类国际、国内重大活动、重大科技计划及国际环境外交谈判的信息。

《Advances in Climate Change Research》（《气候变化研究进展（英文版）》，简称ACCR）由中国气象局主管、国家气候中心主办的英文期刊，创刊于2010年8月，设有气候系统变化、气候变化影响、气候变化适应、温室气体排放、对策论坛、简讯等栏目。

国家气候中心标识为蓝色，由椭圆形地球，麦穗和“中国”二字组成，其中椭圆形地球背景为世界地图和中心英文简称NCC。

2022年8月12日，由中国气象局科技与气候变化司、国家林业和草原局生态保护修复司指导，国家气候中心、中国绿色碳汇基金会、华风气象传媒集团、腾讯主办，中国天气网、腾讯碳中和实验室承办的2022“守护行动”碳中和科普活动启动。