海洋与大气学院的历史，可以追溯到20世纪30年代。国立青岛大学校长杨振声到任不久，1931年即提出海洋学、气象学，亦皆为其他大学所未办，我们皆可渐次设立。1932年即聘请教授开始讲授海洋知识课程，1934年发起组建青岛海洋生物研究所，并承办暑期讲习班等。这一系列的活动，为后来海洋类专业的设置和学校海洋特色的形成拉开了序幕。
抗战胜利后，厦门大学于1946年成立海洋学系及海洋研究所，唐世凤教授为首任系主任和所长。同年山东大学也设立海洋研究所，1947年2月获教育部批准，
规划设置海洋学系。1949年赫崇本博士回国受聘山东大学教授，1950年调入物理系气象组，1951年任海洋物理研究所所长。时任青岛观象台台长的王彬华(王华文)，也兼任物理系气象组教授。
1952年全国高校院系调整，厦门大学海洋系理化组唐世凤教授等3名教师和18名学生调入青岛，与山东大学海洋研究所合并成立海洋学系，赫崇本任主任，与景振华等筹建物理海洋学专业，著名海洋生物学家童第周、曾呈奎教授也参加了筹建工作。1953-1954年文圣常、王彬华、牛振义教授调入山东大学海洋学系，1954-1957年毛汉礼、束星北教授曾受聘来系进行教学和科研。
1958年经高教部同意，物理海洋学专业改名为海洋水文学专业，海洋气象教研组扩充为海洋气象专业。1958年10月，山东大学主体迁往济南。留青岛的部分于1959年成立山东海洋学院。海洋学系更名为海洋水文气象系，下设海洋水文学与海洋气象学两个专业。赫崇本升任山东海洋学院教务长，仍兼系主任;王彬华为系副主任，主持工作。
文革期间，曾将两个专业合并为海洋水文气象专业，1973年重新分为两个专业。1978年文圣常接任系主任。1980年海洋水文学专业恢复物理海洋学名称，系名改称物理海洋与海洋气象学系。1983年国家教委批准成立物理海洋研究所，文圣常副院长兼任所长，王景明任物理海洋与海洋气象系主任。同年，国家教委批准成立河口海岸带研究所，赫崇本副院长兼任所长。1984年，应学科建设需要，由河口海岸带研究所大部分人员整合组建海洋环境保护研究中心，赫崇本任名誉主任，奚盘根任主任;应工程建设需求，同年增设海岸工程专业，并建立了海洋工程动力学教研室和海洋工程动力实验室，侯国本任主任。
1985年学校决定将海岸工程专业、海洋工程动力学教研室和海洋工程动力实验室全部划归海洋工程系。海洋系为海洋工程系以及其后的工程学院的建立做出了贡献。
1988年学校更名为青岛海洋大学。1991年物理海洋学专业改名为海洋学专业，海洋气象专业改名为天气动力学专业。1993年成立海洋环境学院，下设海洋学系、海洋气象学系、物理海洋研究所、海洋环境科学研究所、物理海洋实验室。文圣常任名誉院长，冯士筰任院长，1994年冯士筰升任副校长，俞光耀接任院长，1995年孙孚接任院长。 1998年海洋学专业更名为海洋科学专业，天气动力学更名为大气科学专业。同年，学校决定成立环境科学与工程研究院，挂靠海洋环境学院，下设海洋环境科学研究所、海洋环境保护研究中心、工业水回用技术研究所(由化学化工学院划入)、资源与环境工程勘察设计检测中心、海洋生态动力学实验室等，李凤岐为院长。2001年学校决定成立环境科学与工程学院，原研究院各单位不再挂靠海洋环境学院。海洋环境学院为又一个新学院的建设做出了贡献。2015年9月经校长办公会研究决定，海洋环境学院正式更名为海洋与大气学院。
1999年田纪伟接任海洋环境学院院长。2003年徐天真校长助理接任院长。2005年魏皓接任院长，2008年管长龙接任院长至今。
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