大气科学系建立于1944年，是我国最早建立的气象学系。历经60年的建设和发展，为国家经济建设、社会发展和国防建设培养了大批优秀的气象科技人才和业务骨干，造就了一批国内外学术权威和知名学者，已成为我国大气科学研究和高层次人才培养的主要基地之一。其中“气象学”学科从1988年就成为国家重点学科，在2002年新一轮国家重点学科评选中排名国内同类学科第一。
本系具有一个从本科到博士后的完整的人才培养体系。目前本科阶段按一级学科（大气科学专业）培养，每年招收约70名本科生，招生规模在综合性大学同类系科中排名第一，平均录取分数也最高。被批准为一级学科博士学位授予单位及博士后流动站，设有气象学、大气物理和大气环境学两个研究生专业，每年招收约30名硕士研究生和15名博士研究生（包括硕博连读和本科毕业后直接攻读博士）。
本系具有一支由中科院院士、资深教授和优秀中青年学者组成的学术思想活跃、结构合理并具有相当竞争力的师资队伍。现有中科院院士1人，教授11人，副教授9人，其中45岁以下教授4人、副教授7人，12位教师具有博士学位，其中9位为国家留学回国人员。系已建有“中尺度灾害性天气教育部重点实验室”、“灾害性天气气候研究所”和“全球变化研究中心”等研究机构。近年来主持和承担了大量国家级科研项目研究，在中尺度天气、边界层气象、大气环流与季风、短期气候变率与预测、海洋大气相互作用、气候变化和数值模拟、大气物理和大气环境及大气探测等领域取得了具有国际影响和富有特色的研究成果，多次获得省部级科技奖和国家科技进步奖。已形成浓厚活跃的学术气氛，开展了广泛的国内外学术交流与合作，通过合作研究、派出留学与进修、接收外国留学生及联合培养研究生等形式同国内外诸多高校和科研机构建立了紧密的交流合作关系。
近五年来，本科毕业生一次分配到位率在90%以上。去向主要为：在国内外重要高校和研究机构攻读研究生学位（占三分之一）、主要在中国气象局系统及国家民航和环保系统从事气象工作（占三分之一）和其它（占三分之一）。
南京大学大气科学系目前是国家教育部大气科学指导委员会和中国气象学会、江苏省气象学会教育和智力开发专业委员会的主任委员单位。
六十年多年来，南京大学大气科学系为大气科学及其相关领域输送了数以千计的优秀人才。他们伴随着我国的气象事业从无到有，从小到大。为我国的社会主义建设事业做出了杰出的贡献。这些优秀毕业生中共有八位当选两院院士。
陶诗言
中国科学院院士，我国著名气象学家，中国气象学会理事长，曾任国际科联世界气象组织联合科学委员会委员。
1942年毕业于前中央大学（现南京大学）地理系气象专业
高由禧
中国科学院院士，曾任中科院地学部委员、中国科学院兰州高原大气物理研究所所长。在疾风的研究中成绩突出，为开拓我国气候学和高原气象研究献出了毕生的精力。
1944年毕业于中央大学地理系大气科学专业
巢纪平
中国科学院院士，从事热带海气相互作用的研究。曾任国家海洋局海洋环境预报中心主任、国际气象学和大气物理学协会国际气候委员会ICCL/IAMAP）委员。
1954年毕业于南京大学气象学系。
刘振兴
空间物理学家，主要从事近地层大气物理研究、火箭和卫星对高层大气探测的研究和星级物理和磁层物理研究。曾任中国Cluster数据和研究中心主任，国际地磁和高空物理（IAGA）中国委员会主席。
1955年毕业于南京大学气象系
伍荣生
中国科学院院士，国家教育部大气科学教学指导委员会主任，中国气象学会理事长，国际动力气象委员会中尺度工作组主席。
1956年南京大学气象系毕业。
符淙斌
气候学家,首次提出用沿赤道海温廓线划分厄尔尼诺的思想和方法，被国外称为“符DF廓线”他作为最早参与开拓全球变化科学领域的中国学者之一，为我国全球变化研究做出了重要贡献。
1962年毕业于南京大学气象系气候专业。
陈联寿
1999年11月当选为中国工程院院士。长期从事台风预报技术和理论研究，提出了有关台风路径突变机理的新论点。
先后担任中央气象台台长、国家气象中心副主任、国家气象局科技委员会副主任、中国气象科学研究院第一副院长、院长。
1957年毕业于南京大学气象学系。
王水
中国科学院院士,主要研究领域为哨声和甚低频发射的观测和研究,太阳、大气和行星际介质物理、空间等离子体不稳定性等。现任中国空间科学学会常务理事,中国地球物理学会理事。
1961年毕业于南京大学气象系。
