1965年，进入兰州大学地质地理系学习。
1970年，从兰州大学毕业之后被分配到和政县第一中学任教。
1978年，调进中国科学院兰州冰川冻土研究所工作。
1978年07月，攻读兰州大学地理系研究生。
1980年，硕士毕业之后返回冰川所工作，先后担任助理研究员、副研究员、研究员、副所长。
1992年，获得兰州大学博士学位。
1995年，担任中国科学院资源环境科学与技术局局长。
2000年，担任中国气象局局长、党组书记。
2002年，担任IPCC第四次评估报告第一工作组联合主席。
2003年，当选为中国科学院院士。
2004年，当选为第三世界科学院院士。
2008年，担任第11届全国政协人口资源环境委员会副主任。
2009年，担任北京大学气候变化研究中心主任。
2011年，当选为美国气象学会荣誉会员，担任中国科学技术协会副主席。
2012年，担任中国科学院学部主席团成员、学术与出版委主任。
2013年，担任中国科学院学术委员会主任。
2020年，担任华东师范大学世界地理与地缘战略研究中心主任。
2021年05月09日，担任西北大学榆林碳中和学院名誉院长。
1990年03月03日，抵达国际徒步横穿南极大陆科学考察终点，成为中国第一个徒步横穿南极大陆的人。
1990年，荣获全国“五一”劳动奖章。
1992年，荣获“国家有突出贡献中青年专家”称号。
1996年，荣获“中国科学院自然科学一等奖”。
1997年，荣获“中国科学院自然科学一等奖”、“国家自然科学奖三等奖”。
2008年，荣获第53届“国际气象组织奖”
2013年，荣获“沃尔沃环境奖”。
2014年，荣获“国家自然科学奖二等奖”。
2022年，荣获“2022年国际地理联合会最高荣誉奖”。
