КМШ ведет свои истоки со времени организации метеорологических наблюдений при Казанском университете (И.И.Запольский, 1805), учреждения метеорологической обсерватории (1812) и публикации первых научных трудов по климату Казани и некоторых пунктов Урала (Ф.К.Броннер, 1815-16; А.Я.Купфер, Н.И.Лобачевский, 1829, 1831). Впервые в России была также опубликована статья "О разности температуры в Южном и Северном полушариях" (И.М.Симонов, 1825). С 1830-х гг. проводилось изучение природных явлений и климатических условий на территории Поволжья, Кавказа, Урала и Сибири (Э.А.Кнорр, А.С.Савельев). Всем этим было положено начало метеорологии как науки в Казанском университете.
Особую роль в развитии метеорологических исследований сыграло Общество естествоиспытателей при Казанском университете (1869). Зачинателем аэрологических исследований был И.А.Больцани, проводивший в 1869-70 измерения давления, температуры и влажности воздуха на разных высотах с помощью построенного им привязного аэростата. Монография И.Н.Смирнова "О предсказуемости погоды и о весенних бурях в России" (1870) явилась научной основой методов прогноза погоды и тем самым - синоптической метеорологии. В 80-х гг. 19 в. стали проводиться актинометрические и теплобалансовые исследования (Р.А.Колли, Ф.М.Цомакион).
Усилиями Н.П.Слугинова и Д.А.Гольдгаммера с конце 19 в. стали издаваться "Труды метеорологической сети Востока России". В начале 20 в. на образованной кафедре геофизики Казанского университета ( ныне - кафедра метеорологии, климатологии и экологии атмосферы) был выполнен ряд работ по климату края (А.И.Картиковский, Д.Кушников, Н.Ф.Пушкин). В 1930 г. при активном участии представителей КМШ создается гидрометеорологическая служба Татарстана. В 1930-1960 гг. заметный вклад в развитие исследований атмосферной циркуляции, климата, метеорологического и гидрологического режима водохранилищ, агроклиматических ресурсов республики внесли П.Т.Смоляков, О.А.Дроздов, Н.В.Колобов, Е.Д.Федотова и др.
С 1970-х гг. всесторонне изучаются вопросы мониторинга, моделирования и прогноза параметров климата, общей циркуляции, энергетики и загрязнения атмосферы (Ю.П.Переведенцев, М.А.Верещагин, Р.Р.Хайруллин, Э.П.Наумов, К.М.Шанталинский и др.). В последние годы детально анализируются также региональные особенности проявления современного глобального потепления климата в тропосфере Атлантико-Европейского региона. Опубликованы монографии по климату Среднего Поволжья, Татарстана, Казани, динамике и энергетике крупномасштабных атмосферных процессов, циклонической деятельности, возобновляемым источникам энергии, экологии атмосферы и др. Организуются и проводятся научные семинары и конференции регионального, российского и международного уровня.