1770 m. pradėti pirmieji meteorologiniai instrumentiniai stebėjimai Vilniaus universiteto astronomijos observatorijoje
1810, 1811 m. pradėti pirmieji vandens lygio stebėjimai Rusnėje, Smalininkuose, Tilžėje, Sieliuose
1869-1897 m. steigiamos pirmosios meteorologijos stotys
1921 m. įsteigta Centralinė meteorologijos stotis (laikoma LHMT steigimo metais)
1923 m. įkurta Hidrometrinė partija
1925 m. įkurtas Meteorologijos biuras
1926 m. Kaune įkurta nuolat veikianti Hidrometrinė laboratorija
1926 m. išleistas pirmasis meteorologinis biuletenis su orų prognoze
1927 m. prie Meteorologijos biuro įkurta Matavimo priemonių patikros grupė
1929 m. meteorologijos stotyse pradėti fenologiniai stebėjimai
1930 m. įkurtas Hidrometrinis biuras
1938 m. įkurtas Klimatologijos institutas
1941 m. įkurta Lietuvos hidrometeorologinės tarnybos valdyba
1944 m. įkurtas Orų biuras
1945 m. įkurta Civilinės aviacijos meteorologijos stotis
1945 m. pradėtas atmosferos radiozondavimas Kauno meteorologijos stotyje
1949 m. įkurtas Hidrometeorologinis biuras Klaipėdoje (nuo 1962 m. – observatorija)
1952 m. pradėti aktinometriniai (Saulės spinduliuotės) matavimai
1953 m. atliekami agrometeorologniai stebėjimai, pradėtos skelbti agrometeorologinės prognozės
1964 m. pradėtas tirti upių ir ežerų užterštumas
1974 m. pradėjo veikti meteorologinės radiolokacijos stotis
1978 m. įkurta Kauno hidrometeorologijos observatorija
1980 m. įkurtas Gamtinės aplinkos užterštumo tyrimų ir kontrolės centras
1983 m. įkurtas Vilniaus hidrometeorologijos centras
1992 m. Lietuvos Respublika tapo Pasaulinės meteorologijos organizacijos nare
1993 m. pradėti bendrojo ozono kiekio matavimai
1996 m. Lietuvos hidrometeorologinės tarnybos valdyba pervardinta į Lietuvos hidrometeorologijos tarnybą (LHMT)
1997 m. pradėtas vandens matavimo stočių automatizavimas
1997 m. LHMT įsteigta Metrologijos laboratorija, apimanti meteorologinių ir hidrologinių matavimo priemonių patikrą/kalibravimą, akredituota 1999 m. LST EN 45001 sertifikatu
2000 m. panaikintas agrometeorologinių stebėjimų tinklas
2000 m. uždaryta meteorologinės radiolokacijos stotis
2000 m. pradėti ultravioletinės Saulės spinduliuotės matavimai, kompleksiniai Saulės spinduliuotės parametrų stebėjimai Kaune ir Šilutėje
2001 m. įkurtas Aviacinės meteorologijos centras
2001 m. nutrauktas atmosferos radiozondavimas
2002 m. perakredituota Metrologijos laboratorija (atitinka LST EN ISO/IEC 17025)
2002 m. automatizuoti meteorologiniai stebėjimai Palangos oro uoste
2003 m. automatizuoti meteorologiniai stebėjimai Vilniaus oro uoste
2003 m. atnaujinti fenologiniai stebėjimai
2003 m. atnaujintas atmosferos radiozondavimas Kaune (kas antrą naktį)
2006 m. įdiegtas aukštos skiriamosios gebos orų prognozių modelis HIRLAM
2006 m. įdiegta kokybės vadybos sistema, atitinkanti ISO 9001:2008
2006 m. perakredituota Metrologijos laboratorija (atitinka LST EN ISO/IEC 17025:2005)
2006 m. Lietuvos Respublika tapo Europos vidutinės trukmės prognozių centro (ECMWF) bendradarbiaujančia nare
2007 m. LHMT paskirta meteorologijos paslaugų oro navigacijai teikėja
2007 m. steigiamos pirmosios automatinės meteorologijos stotys
2009 m. sukurtas agrometeorologinių matavimų tinklas
2010 m. automatizuoti meteorologiniai stebėjimai Kauno oro uoste
2010 m. pradėta teikti Laukuvos meteorologinio radiolokatoriaus informacija
2010 m. atnaujinta skaitmeninio prognozavimo įranga
2011 m. įdiegta stichinių gamtos reiškinių išankstinio perspėjimo sistema
2013 m. pradėti naudoti 1 val. dažnumo meteorologiniai duomenys iš automatinių meteorologijos stočių (po palyginimų laikotarpio)
2013 m. įdiegta žaibų išlydžių aptikimo sistema
2013 m. įdiegta Informacijos oro navigacijai palydovinio priėmimo ir sklaidos sistema (SADIS) Aviacinės meteorologijos centre
2013 m. Tarnybos interneto svetainėje papildomai pradėta teikti skaitmeninio orų prognozių modelio HARMONIE (beta versija) informacija
2013 m. įsijungimas į Šiaurės Europos meteorologinių radiolokatorių tinklą (NORDRAD)
2014 m. Lietuvos Respublika tapo Europos meteorologinių palydovų eksploatacijos organizacijos (EUMETSAT) nare
2014 m. įsijungimas į žaibų detektavimo duomenų apsikeitimo tinklą (EUCLID)
2015 m. nutrauktas atmosferos radiozondavimas
2015 m. pradėta teikti Vilniaus meteorologinio radiolokatoriaus informacija
2015 m. įdiegtas skaitmeninis hidrologinis modelis MIKE112016 m.
2015 m. susitarimas su Švedijos meteorologijos institutu (SMHI) dėl prieigos prie Europos perspėjimo apie potvynius sistemos (EFAS) duomenų
2016 m. glaudesnio bendradarbiavimo susitarimas tarp Šiaurės ir Baltijos šalių (NORDMET)
2017 m. įdiegtas aukštos skiriamosios gebos orų prognozių modelis HARMONIE
2018 m. plečiamas automatinių meteorologijos stočių tinklas
2018 m. atsisakyta rankinių ozonometrinių stebėjimų, ozonas pradėtas matuoti automatiniu spektrofotometru (Brewer MK III)
2019 m. perakredituota Matavimų technikos skyriaus Metrologijos laboratorija (atitinka LST EN ISO/IEC 17025:2018)
2019 m. meteorologijos stočių optimizavimas (stebėjimų veikia 9 pusiau-automatinės meteorologijos stotys, likusios – pilnai automatizuotos)
2020 m. ultravioletinės Saulės spinduliuotės matavimai nutraukti Palangoje ir pradėti Vėžaičiuose
2020 m. atnaujinta pilnos komplektacijos automatinė Saulės spinduliuotės sistema, matuojanti 5 saulės spinduliuotės parametrus, Kaune ir Šilutėje
2021 m. LHMT įdiegta kokybės vadybos sistema, atitinkanti ISO 9001:2015
2021 m. akredituota Matavimų kokybės ir technikos skyriaus Metrologijos laboratorija pagal du ISO standartus (atitinka LST EN ISO/IEC 17025:2018 ir LST EN ISO/IEC 17020:2012)
2021 m. praplėstas bendrosios Saulės spinduliuotės matavimų tinklas. Automatiniai piranometrai įrengti Dotnuvoje, Lazdijuose, Utenoje ir Vilniuje
2021 m. atnaujintas atmosferos radiozondavimas Kaune (kas naktį)
2021 m. praplėsta žaibų aptikimo sistema, įrengiant ketvirtą jutiklį
2021 m. praplėstas meteorologinių stebėjimų tinklas Pajūrio zonoje
2021-2022 m. atnaujinant meteorologinių stebėjimų tinklo įrangą panaikinamos agrometeorologijos stotys, tose pačiose vietose įsteigiamos automatinės meteorologijos stotys
2022 m. beveik visose automatinėse meteorologijos stotyse įrengiami automatiniai oro temperatūros 5 cm aukštyje jutikliai (šalnų stebėjimams)
2022-2023 m. atnaujintas Laukuvos ir Vilniaus meteorologiniai radiolokatoriai
2022-2023 m. atnaujinama prognozių rengimo sistema
2022-2023 m. atnaujinamos pusiau automatinės meteorologinių elementų matavimo sistemos Palangos, Vilniaus ir Kauno oro uostuose
2022-2023 m. atveriami meteorologiniai duomenys per API
Lietuvos meteorologijos pradžią siejame su 1770 m. pirmaisiais oro temperatūros matavimais M. Počobuto vadovaujamame Vilniaus universitete. 1770-1776 m. oro temperatūros matavimai nebuvo sisteminami, duomenys išlikę tik nuo 1777 m., o Vilniaus oro temperatūros matavimų seka nėra vienalytė dėl dažno stoties vietos keitimosi – vieta keista net 9 kartus. Tuo metu daug kartų keitėsi ir termometrų tipai, stebėjimų laikas, duomenų dorojimo metodikos.
XIX a. pradžioje pradėti pirmieji vandens lygio stebėjimai Nemuno žemupyje, o amžiaus pabaigoje jau imta kurti meteorologijos stotis.
Lietuvos teritorijai (išskyrus Klaipėdos kraštą) įėjus į Rusijos imperijos sudėtį (nuo 1795 m. iki I-jo pasaulinio karo), meteorologiniai stebėjimai buvo atliekami Peterburgo Vyriausiosios fizikos observatorijos įkurtose stotyse.
I-ojo pasaulinio karo metu buvo sunaikintos visos meteorologijos stotys, dingo dalis stebėjimų duomenų.
1918 m. Lietuvai atgavus nepriklausomybę, meteorologijos ir hidrologijos stebėjimų tinklas kurtas iš naujo. 1921 m. rugsėjo 30 d. Lietuvos Respublikos Ministras Pirmininkas K. Grinius pasirašė dokumentą, įteisinantį „centralinės“ meteorologijos stoties įsteigimą, pavesdamas šiai organizacijai bemaž visas ir šiandieninei Hidrometeorologijos tarnybai būdingas funkcijas. Šiuo dokumentu pirmą kartą juridiškai įteisinta nacionalinė Lietuvos meteorologijos tarnyba, nors Lietuvos hidrometeorologijos stebėjimų istorija iš tikrųjų jau skaičiavo antrą šimtmetį. „Centralinė“ meteorologijos stotis įkurta Kaune. 1923 m. steigiant Hidrometrinę partiją, 1925 m. – Meteorologijos biurą, plečiant ir vystant stebėjimų tinklą didžiulį vaidmenį suvaidino mokslininkai meteorologai – S. Olšauskas, K. Šleževičius, S. Kolupaila, I. Končius ir kt.
1926 m. buvo išleista pirmoji orų prognozė, kuri skambėjo taip: „1926 m. sausio 3 d. numatomas oras Lietuvoje: oro temperatūra apie 0°, debesuota.“ Ši sinoptikų prognozė pasitvirtino.
1935 m. nuspręsta įkurti specialų institutą, kuris rūpintųsi visais meteorologijos, klimatologijos ir hidrologijos klausimais. Tokia mokslo įstaiga – Klimatologijos institutas įsteigtas 1938 m. liepos 5 d., jam vadovavo S. Olšauskas. Iki 1938 m. Meteorologijos biuro žinioje jau veikė 45 meteorologijos stotys, o nuo 1940 m. jau veikė 49 Klimatologijos instituto stebėjimo postai.
Nuo 1941 m. iki 1990 m. (išskyrus karo metus) Lietuvos hidrometeorologijos valdyba priklausė Sovietų Sąjungos hidrometeorologijos sistemai, dirbo pagal bendrus tuometinius reikalavimus: buvo atliekami stebėjimai, klimato tyrimai ir sudaromos prognozės. Atkūrus šalies nepriklausomybę, 1991 m. vasario 6 d. Lietuvos hidrometeorologijos valdyba perėjo į Lietuvos Respublikos aplinkos apsaugos departamentą ir toliau vadovavo visam meteorologijos ir hidrologijos stočių tinklo darbui.
Nuo 1992 m. prasidėjo naujas stebėjimų ir tyrimų etapas, nes Lietuva tapo Pasaulinės meteorologijos organizacijos (WMO) nare ir Lietuvos hidrometeorologijos tarnyba pradėjo dalyvauti WMO globalinėse ir regioninėse programose ir projektuose. Hidrometeorologiniai stebėjimai buvo atliekami daugiau nei 93 stotyse.
1999-2003 m., sumažėjus biudžetiniam finansavimui, pasikeitė vykdomų darbų apimtys (susiaurintas paprastųjų klimatologijos, agrometeorologijos ir vandens matavimo stočių tinklas, atsisakyta aukštųjų atmosferos sluoksnių zondavimo ir agrometeorologinių stebėjimų). 2002 m. Lietuvoje meteorologijos stočių tinklas buvo rečiausias Baltijos valstybėse.
2006 m. Lietuvos hidrometeorologijos tarnybos bendradarbiavimas su Europos vidutinės trukmės orų prognozių centru (ECMWF) paspartino skaitmeninio orų prognozavimo penkių dienų ir didesnės trukmės prognozių pateikimo vartotojams įdiegimą.
Nuo 2007-2023 m., įgyvendindama projektus, finansuojamus iš Europos Sąjungos ir kitokių fondų bei Lietuvos Respublikos biudžeto, Lietuvos hidrometeorologijos tarnyba modernizuoja savo veiklą – diegia pažangias hidrometeorologinių matavimų, stichinių gamtos reiškinių išankstinio perspėjimo, orų ir potvynių prognozavimo sistemas, automatizuoja ir plečia meteorologinių ir hidrologinių stebėjimų tinklą.
2016-2023 m. LHMT įsijungia į Šiaurės šalių bendradarbiavimą (NORDMET), aktyviai dalyvauja tarptautinėje veikloje.
2023 m. LHMT pirmą kartą dalyvauja Twinning projekte „Hidrometeorologinių ir klimato paslaugų stiprinimas Azerbaidžane” kaip jaunesnioji partnere su Suomijos meteorologijos institute ir Prancūzijos International Office for Water.