1593年，意大利物理学家、数学家、天文学家和哲学家伽利略应用空气随温度升降而胀缩的原理发明了温度测量仪，是最早的温度测量仪器。它是一个带细长颈的大玻璃泡，倒置在一个盛有葡萄酒的容器中。从其中抽出一部分空气，酒面就上升到细颈内。当外界温度改变时，酒面因玻璃泡内的空气热胀冷缩随之下降上升，以表示温度的高低。

1664年，英国博物学家、发明家R.胡克（Robert Hooke，1635-07-28～1703-03-03）发明了温度表，确定水的冰点为温度表的定点。1665年，胡克制造了一个用作气象观测的标准温度表，被英国皇家学会采用了多年。荷兰物理学家、天文学家、数学家C.惠更斯（Christiaan Huygens，1629-04-14～1695-07-08）首次确定了温度目测的两个定点，即水的冰点和沸点。1709年，德国物理学家、工程师D.G.华伦海特（Daniel Gabriel Fahrenheit，1686-05-24～1736-09-16）于荷兰首次创立温标。到1714年制成以水的冰点为32度、沸点为212度、中间分为180度的水银温度计，即为至今仍沿用的华氏温度计。1742年，瑞典的天文学家A.摄尔西乌斯（Anders Celsius，1701-11-27～1744-04-25）制成另一种水银温度计，它以水的冰点为100度、沸点为0度。1745年，瑞典植物学家、动物学家C.von林奈（Carl von Linné，1707-05-23～1778-01-10）颠倒两个固定点，即为至今仍沿用的摄氏温度计。

18世纪末，出现了双金属片温度计。1821年，德国物理学家T.J.塞贝克（Thomas Johann Seebeck，1770-04-09～1831-12-10）发现热电效应，英国的H.戴维发现金属的电阻随温度而变化的规律，此后分别出现了热电偶温度计和热电阻温度计。1876年，德国的K.W.西门子制造出第一支铂电阻温度计。20世纪初维恩位移定律和普朗克定律出现后，辐射温度计和光学高温计得到实用。从60年代开始，由于红外技术和电子技术的发展，出现了利用各种新型光敏或热敏检测元件的辐射温度计（包括红外辐射温度计）。

温度测量仪器主要通过热膨胀效应、热电阻温差效应、电阻效应、晶体振动效应、辐射效应等原理感应温度变化。一般温度测量仪器有温度感应、转换和显示三个部分。简单的温度测量仪器三个部分是集成一体的，如水银温度计；在较复杂的仪器中则分成独立的部分，如铂电阻是温度感应部分，需要采集装置采集电阻值并转换为温度值，采集装置可具备显示功能，或通信功能将温度数据传送至上位机监控软件进行显示。

气象海洋学中温度测量仪器主要用于空气、土壤和水的温度测量。玻璃液体温度表测量范围可达-30～80℃；铂电阻温度计测量范围可达-50～80℃，最大允许误差≤0.2℃；双金属片温度计测量范围-35～45℃，最大允许误差≤1.0℃，用于空气温度观测；红外温度计测量范围-55～55℃，最大允许误差≤0.5℃，用于地面温度观测。

按自动化程度，可分为人工读数测量、半自动自记测量、自动化测量，如玻璃液体温度表为人工读数测量、双金属片温度计为半自动自记测量、热电阻和红外温度计均可实现温度的自动化测量。

按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，接触式温度测量仪器在测量时，其感应部分直接与被测介质相接触，如玻璃液体温度表、铂电阻等。非接触式温度测量仪器测量时，其感应部分不必与被测介质直接接触，如红外温度计。

按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶等。广泛用于测量温度的传感器是PT100铂电阻温度传感器。