기상청은 미국, 영국 등 기상선진국 및 몽골·베트남 등 개도국과의 기상협력 약정을 체결(18개국 4개 국제기구)하고 2~3년마다 협력회의를 개최하여 협력 사업을 합의하고, 이를 이행하고 있다.
기상선진국과는 선진기상기술 습득을 위해 기상위성, 수치모델, 기상예보, 에어로졸 관측, 장기예보 분야 등에서 공동개발 및 연구사업을 진행하고 있으며, 특히 영국, 호주와는 수치예보 향상을 위한 파트너십 활동 및 공동연구 협력을 수행하고 있다.
기상청은 동북아 한반도 주변국 중 중국과의 협력을 통하여 황사, 레이더 자료 공동 활용 등 기상자료의 공유 및 한-중 지방기상청(지청) 간의 협력회의 및 전문가 교류 활동을 매년 수행하고 있다. 또한 한-중 지진협력회의 개최를 통해 지진분야에 대한 기술 협력을 수행하고 있다. 몽골과는 고비사막 지역의 황사감시 공동연구, ODA 협력사업 수행(몽골 자동기상관측시스템 구축 등) 및 수치예보 기술 이전 등 우호적인 협력관계를 가지고 있다.