นับตั้งแต่กิจการการบินได้เริ่มต้นเมื่อประมาณ 80 ปีก่อน วิชาการอุตุนิยมวิทยาได้มีการพัฒนาขึ้นเพื่อช่วยในด้านการบินมาตามลำดับ
พ.ศ.2466 : มีการจัดตั้งสถานีตรวจอากาศดอนเมือง ซึ่งในเวลานั้นกิจการอุตุนิยมวิทยาเพิ่งเริ่มขึ้นที่กรมทดน้ำ (ปัจจุบันกรมชลประทาน) ทำหน้าที่ตรวจอากาศโดยทั่วไป ตรวจอากาศผิวพื้นและการตรวจอากาศชั้นบนรายงานให้นักบินได้ทราบ
พ.ศ. 2479 : โอนมารวมเป็นกองอุตุนิยมวิทยา สังกัดกรมอุทกศาสตร์กองทัพเรือ ทางด้านอากาศการบินได้ทำรายงานและพยากรณ์อากาศสำหรับสายการบิน ตามความต้องการของบริษัทเดินอากาศ รวม 4 สาย คือ ดอนเมือง-ย่างกุ้ง, ดอนเมือง-สิงคโปร์ และดอนเมือง-ไซ่ง่อน
พ.ศ. 2491 : กรมอุตุนิยมวิทยา ได้ปรับปรุงด้านอุตุนิยมวิทยาการบิน เพื่ออำนวยความสะดวกแก่สายการบินต่างๆที่มาใช้บริการสนามบินมากขึ้น จึงได้ยกฐานะสถานีตรวจอากาศดอนเมืองขึ้นเป็นสถานีพยากรณ์อากาศดอนเมือง ทำการตรวจอากาศเขียนแผนที่อากาศต่างๆ รวมทั้งพยากรณ์อากาศเพื่อการบิน
พ.ศ. 2506 : มีการแบ่งส่วนราชการใหม่ ได้รับการปรับปรุงขึ้นเป็น "กองอากาศการบิน" แบ่งหน้าที่ความรับผิดชอบเป็น 3 งาน ได้แก่ งานแผนที่อากาศการบิน งานตรวจอากาศการบิน และงานพยากรณ์อากาศการบิน
พ.ศ. 2523 : มีการเพิ่มงานธุรการและงานติดตามสภาวะอากาศขึ้น
พ.ศ. 2530 : มีการปรับปรุงหน้าที่ใหม่ แบ่งออกเป็น 1 งาน กับ 4 ฝ่าย คือ งานธุรการ ฝ่ายตรวจและรายงานอากาศการบิน ฝ่ายแผนที่อากาศการบิน ฝ่ายพยากรณ์อากาศการบิน และฝ่ายติดตามสภาวะอากาศ
พ.ศ. 2545 : มีการแบ่งส่วนราชการกรมอุตุนิยมวิทยาใหม่ ได้รับการปรับปรุงขึ้นเป็น "สำนักอุตุนิยมวิทยาขนส่ง" แบ่งหน้าที่ความรับผิดชอบเป็น 1 ฝ่าย กับ 4 ส่วนคือ ฝ่ายบริหารงานทั่วไป ส่วนพัฒนาการเฝ้าระวังอากาศการบิน ส่วนแผนที่อากาศการบิน ส่วนพยากรณ์อากาศการบิน และส่วนติดตามสภาวะอากาศเพื่อการขนส่ง จนกระทั่งมีการเปิดใช้ท่าอากาศยานสุวรรณภูมิในวันที่ 28 กันยายน 2549 สำนักอุตุนิยมวิทยาขนส่งจึงได้ย้ายสถานที่ปฏิบัติงานจากท่าอากาศยานดอนเมืองสู่ท่าอากาศยานสุวรรณภูมิ ในปี พ.ศ.2552 ได้เปลี่ยนชื่อเป็น "กองอุตุนิยมวิทยาการบิน" ต่อมาได้แบ่งหน้าที่ความรับผิดชอบเป็น 1 ฝ่าย กับ 5 ส่วน ได้แก่ ฝ่ายบริหารงานทั่วไป ส่วนพัฒนาการเฝ้าระวังอากาศการบิน ส่วนแผนที่อากาศการบิน ส่วนพยากรณ์อากาศการบิน ส่วนติดตามสภาวะอากาศการบิน ส่วนตรวจและเฝ้าระวังด้วยเครื่องมือพิเศษ
ในวันที่ 5 ตุลาคม 2560 ตามประกาศในราชกิจจานุเบกษา เล่มที่ 134 ตอนที่ 103 ก ได้มีการแบ่งหน่วยงานภายในของส่วนราชการในสังกัดกรมอุตุนิยมวิทยาและเปลี่ยนชื่อเป็น "กองอุตุนิยมวิทยาการบิน" แบ่งหน้าที่ความรับผิดชอบเป็น 1 ฝ่าย กับ 8 ส่วน ได้แก่ ฝ่ายบริหารงานทั่วไป ส่วนพยากรณ์อากาศการบิน ส่วนติดตามสภาวะอากาศการบิน ส่วนวิจัยและพัฒนาอากาศการบิน ส่วนมาตรฐานอุตุนิยมวิทยาการบิน ส่วนแผนที่อากาศการบิน ส่วนตรวจอากาศการบินสุวรรณภูมิ ส่วนตรวจอากาศการบินดอนเมือง และ ส่วนตรวจและเฝ้าระวังด้วยเครื่องมือพิเศษ