המכון החל את דרכו בשנות ה-50 ובוגריו, מוסמכיו ותלמידי המחקר שהעמיד בחמישים שנותיו יצרו את עיקר הידע הגיאולוגי ההידרולוגי והמטאורולוגי על ארץ ישראל. בשנת 1978 יוסד המכון במתכונתו הנוכחית תוך שילוב המחלקות לגיאולוגיה, גיאוגרפיה פיסית, ומדעי האטמוספירה שפעלו במסגרתו למכון אחד שמדגיש את הקשר בין התחומים השונים. תוכנית הלימודים היא מכונית משותפת בשנה הראשונה ונפרדת לתוכניות בגיאולוגיה או במדעי האטמוספרה לבוגר או מוסמך ובאוקיינוגרפיה (חטיבה לבוגר ומוסמך). בשנת 1994 המכון לקח חלק מרכזי בהקמת החוג למדעי הסביבה במסגרתה שותפים חוקרים מהמכון למדעי כדור הארץ, מדעי החיים, כימיה וגיאוגרפיה. האופי האינטרדיסציפלינרי של המחקר מאפשר שילוב נוח של סטודנטים בעלי רקע במדעים המדויקים, מדעי הטבע והחקלאות בלימודים מתקדמים במכון