1949年5月和1950年12月，为迅速恢复和发展上海气象事业，由上海市军管会先后接管上海气象台和徐家汇观象台。徐家汇观象台气象业务并入上海气象台。1951年1月上海气象台迁入原徐家汇观象台。1953年8月1日，气象部门从军队建制转建为政府建制。1954年1月，为适应国防建设和经济建设以及人民气象事业发展的需要，上海气象台经过充实整顿后改建为上海中心气象台，负责发布华东区及沿海的气象预报及业务技术指导。1956年5月，上海气象局成立，统一管理江苏、浙江两省和上海市的气象工作，上海中心气象台属其领导。中共上海市委任命马步英为局长。1959年5月，经上海市人民委员会报请国务院批准，上海市气象局正式宣布成立，统一领导上海市气象台站。上海市气象局与上海中心气象台合署办公。刘次恭任局长兼上海中心气象台台长。1970年9月，气象部门实行军队和地方双重领导，并以军队为主的领导体制。同年10月，市气象局划归上海警备区为主领导，军代表孔谦主持全局工作。1973年8月，中共上海市气象局委员会成立，牟敦高任党委书记，宁远任副书记，驻局军代表撤离。1978年1月市气象局成立海洋气象台和上海市气象科学研究所（上海台风研究所）。同年4月，局党委改设局党组。万辉任党组书记、局长。1983年10月，中共上海市委和国家气象局党组任命王雷为市气象局局长，1985年1月，又任命王雷为市气象局党组书记。1988年5月20日上海区域气象中心成立，承担华东气象通信枢纽和对区域内气象台站的业务技术指导工作，并负责西太平洋气象服务。1998年3月，盛家荣任市气象局党组书记、局长，2004年11月至今汤绪任市气象局党组书记、局长。

上海市气象局机构设置包括，机关：办公室、应急与减灾处、观测与预报处、科技发展处、计划财务处、人事处、政策法规处、监察审计处、机关党委办公室、离退休干部办公室；事业单位：上海中心气象台、中国气象局上海台风研究所、上海气候中心、上海海洋气象台、上海气象信息与技术支持中心、上海气象科技服务中心、上海市防雷中心、上海气象信息传媒中心；区县局：上海市浦东新区气象局、上海市闵行区气象局、上海市宝山区气象局、上海市嘉定区气象局、上海市青浦区气象局、上海市金山区气象局、上海市松江区气象局、上海市奉贤区气象局、上海市崇明县气象局；以及气象学会。

上海市气象局实行中国气象局与上海人民政府双重领导，以中国气象局领导为主的管理体制，在中国气象局和上海人民政府领导下，根据授权承担上海行政区域内气象工作的政府行政管理职能，依法履行《中华人民共和国气象法》和气象主管机构的各项职责。 1.制定上海地方气象事业发展规划、计划，并负责上海行政区域内气象事业发展规划、计划及气象业务建设的组织实施；负责上海行政区域内重要气象设施建设项目的审查；对上海行政区域内的气象活动进行指导、监督和行业管理。 2.按照职责权限审批气象台站调整计划；组织管理上海行政区域内气象探测资料的汇总、分发；依法保护气象探测环境；管理上海行政区域内涉外气象活动。 3.在上海行政区域内组织对重大灾害性天气跨地区、跨部门的联合监测、预报工作，及时提出气象灾害防御措施，并对重大气象灾害作出评估，为上海市人民政府组织防御气象灾害提供决策依据；管理上海行政区域内公众气象预报、灾害性天气警报以及农业气象预报、城市环境气象预报、火险气象等级预报等专业气象预报的发布。 4.制定人工影响天气作业方案，并在上海市人民政府的领导和协调下，管理、指导和组织实施人工影响天气作业；组织管理雷电灾害防御工作，会同有关部门指导对可能遭受袭击的建筑物、构筑物和其它设施安装的雷电灾害防护装置的检测工作。 5.负责向上海市人民政府和同级有关部门提出利用、保护气候资源和推广应用气候资源区划等成果的建议；组织对气候资源开发利用项目进行气候可行性论证。 6.组织开展气象法制宣传教育，负责监督有关气象法规的实施，对违反《中华人民共和国气象法》有关规定的行为依法进行处罚，承担有关行政复议和行政诉讼。 7.统一领导和管理上海行政区域内气象部门的计划财务、机构编制、人事劳动、科研和培训及业务建设等工作；会同区县人民政府对区县气象机构实施以部门为主的双重管理；协助区县党委和人民政府做好当地气象部门的精神文明建设和思想政治工作。 8.负责华东区域灾害性天气的跨省联防、气象业务及科研开发的协作协调和技术交流协调。 9.承担中国气象局和上海市人民政府交办的其它事项。