湛江市气象机构最早可追溯到1913年法国人在广州湾（湛江前称）设立的气象测候站。1954年10月扩建成立湛江气象台，1954年至1984年几经改名，1989年6月改称湛江市气象局至今。
现内设3个职能科室：办公室、业务科、执法办；6个直属科级单位：湛江市气象台（海洋气象台、预警信号发布中心、科技信息服务中心）、湛江市防雷中心（市防雷设施检测所）、湛江市气象局财务核算中心、湛江市气象局后勤服务中心、湛江气象雷达站、湛江国家气象观测站和人工影响天气办公室。
气象服务坚持把公众、决策、专业、科技服务、专项服务融入到经济社会发展和人民群众生产生活需求之中。
公众气象服务方面，至2008年，湛江市局的气象公众服务，已建立气象影视宣传平台，广播、报纸、气象短信预警服务平台，手机多媒体气象服务平台，电视语音气象服务平台，气象网站等公众气象服务平台。建立了新一代农业灾害性天气预警系统，政府气象灾害警示系统和气象预警信号专用发布系统；建立了气象新闻发布制度和公众服务调查制度；并在公众场所设立气象信息电子显示屏。公众气象信息做到第一时间、第一发布。
专业气象服务方面，2008年前仅“12121”电话自动答询，日拨打量平均1万多次，最多达10多万次，年达100多万次；手机天气预报用户达34万户。
人工影响天气专项气象服务方面，2004年湛江被确定为“广东省人工影响天气实验分中心”，市局筹建“实验基地”。2005年起，市设立“人影办”，由多名持证上岗的催雨作业技术员组成，配备火箭发射架和炮车，保管火箭弹等。
防雷专项气象服务方面，1990年3月成立“湛江市防雷设施监测站”，定为湛江市气象局下属科级单位，并对职能、人员作出明确规定。1994年9月，湛江市召开首届防雷工作会议，并向媒体召开新闻发布会。至2001年1月1日，已依法全面开展防雷设施设计审核、工程验收、定期检测，履行气象主管机构职责等工作。2002年11月，在市政府行政服务中心开设审批窗口。2006年安装闪电（评估）定位仪。此后，雷电风险评估、旧防雷设施定期检测、新建筑物防雷设施跟踪检测、防雷技术服务、雷灾调查鉴定、雷电监测预警研究等，已成为防雷减灾基本业务。现拥有持证上岗员工20多人，设备先进齐全、依法行政制度健全，是政府防雷减灾，安全生产以及气象业务的一个组成部分。
气象科技服务和技术开发方面，20世纪90年代后，开展气候条件及可行性论证服务，开展大型企业、桥梁、公路、水利设施等气象观测和气候条件可行性论证。1998年起，开发防雷设施设计、防雷设施升级、整改、安装、维护以及感应雷防御研究等防雷技术业务服务。
科普宣传方面，气象科普宣传主要围绕学会活动开展。2001年成立湛江市青少年气象科普教育基地。1997-2003年，在湛江日报开设气象科普栏目，先后发表60多篇科普文章。印刷《湛江气象科普杂锦》、《湛江气象科学论文集》、出版《湛江气候志》、《湛江气象实用手册》等一批图书，7000多册实用手册发到村一级以上干部，受到普遍欢迎。科普基地全年开放，每年的“3•23”世界气象日、科技月、科技周、公益活动等，均组织气象科普宣传活动。
