成立于1960年。其使命是认识大气和相关的地球和地球空间系统的行为；支持、加强和拓展大学联合会以及更加广泛的国家和国际科学共同体的能力；促进知识和技术的转化以改善地球生命之福祉。国家大气研究中心（NCAR）的主办机构为美国国家科学基金会（NSF），它还得到美国其他政府部门、其他国家政府和私人企业的支持。

第二次世界大战期间，因军事上服务的需求，大学气象系得到快速发展，带动了目的在于改进天气和气候认知的气象研究。但是，战后美国气象学界快速萧条，到20世纪中期，大约90%的美国气象学者是联邦政府雇员，主要从事天气预报而非开展大气科学基础研究，使得新人才难以补充。1956年，美国科学院召集著名学者成立了一个委员会，针对气象学科的状态进行调查。委员会注意到了大气科学问题的规模和相关知识完整性，以及没有充分的资源以解决这些问题。因此，该委员会建议对基础研究的支持力度呈指数增加，并借助经费的增加成立致力于大气研究的国家研究所（后改为国家中心），该中心在国家科学基金会的支持下，由大学联合会运营。1960年，位于科罗拉多州的博尔德市（Boulder）的国家大气研究中心应运而生，依据其运行机制，国家大气研究中心由北美地区100多个致力于大气和相关地球系统科学研究和培训并授予相关专业学位的学院和大学组成的非营利的联合会——UCAR（The University Corporation for Atmospheric Research，大气研究大学联合会）代表美国国家科学基金会进行管理。国家大气研究中心作为20世纪中期美国在多个领域里建议的国家研究中心之一，无论其取得的科学成就还是运行机制，都堪称促进科学进步的典范。

美国国家大气研究中心拥有大气化学、气候和全球动力、计算和信息系统实验室、地球观测实验室、高空观测。NCAR拥有全日制员工约750名，年经费约2.5亿美元，其中美国国家科学基金会提供一半左右，其余部分来自其他机构、其他国家政府以及私人企业。国家大气研究中心还被指定为美国国家科学基金会的联邦资助的研发中心（FFRDC），其自主或联合其他机构开发的很多大气科学相关的产品，包括各种模式、算法、再分析数据库和大气科学课程等，因为具有很好的先进性和可共享，在全球气象界具有很大的影响和大量用户。国家大气研究中心每年召开大量学术研讨会，吸引数千名科学家参与，是全球最具影响的气象和大气科学国际交流中心之一。作为美国大气科学基础研究的基地，国家大气研究中心还是全球最重要的气象和大气科学及相关学科高端人才国际化的培养机构。2016年NCAR员工作为指导教师的在读研究生有240人（硕士和博士分别为23人和217人），其中来自美国以外23个国家的国际学生占27%。