人工衛星より地球を観測する試みは1959年のヴァンガード2号から試みられてきたが、これらはまだ気象衛星と呼べるようなものではなかった。最初の本格的な気象衛星は、アメリカ航空宇宙局（NASA）が1960年4月1日打ち上げたタイロス1号である。
人工衛星による台風観測は、初期は極軌道を周回する「ノア型人工衛星」による赤外写真及び可視光写真、その後は静止軌道に打ち上げた気象衛星で行われている。なお、現在は水蒸気量観測も同衛星による観測が行われている。
ノア型極軌道気象衛星による観測時間間隔は、12時間毎であった。WMO条約に基づく静止気象衛星による観測時間間隔は、初期型の衛星では3時間毎、現在の衛星では1時間ごとである。
気象衛星に搭載される観測機器は運用する国によって異なるものの、主に次の種類に分けられる。
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イメージャー観測
光学系を主とした観測機器で、地球の画像を観測する。天気予報などで目にする衛星からの雲画像は、この光学系観測による。
サウンダー観測
ある一定の波長帯の電磁波を捉えて、鉛直構造、あるいは精度の高いオゾンなどのガスを観測する。