生于湖北汉口，卒于北京。1929年毕业于沪江大学（今上海理工大学），1932年毕业于英国伦敦大学气象专业，后入英国利物浦大学，为气象专业研究生，1934年回国。曾任中央研究院气象研究所研究员（1935～1938）、清华大学（1935～1936)、浙江大学（1938～1942）、中央大学（1943～1949)气象学教授。中华人民共和国成立后，历任中央气象局（今国家气象局）局长、中国科学技术协会书记处书记、中华全国自然科学专门学会联合会秘书长、中国气象学会副理事长、国际科学工作者联合会名誉秘书、国际地球物理年中国国家委员会副主任。1955年当选为中国科学院学部委员。

中华人民共和国成立后，涂长望在筹建中央气象局、组建并发展全国气象观测网、开展现代气象业务、培养气象人才等方面做出重要贡献。在他与竺可桢共同倡议下于1953年成立了中国最早的农业气象研究机构，1956年在北京农业大学（今中国农业大学）、1960年在南京气象学院（今南京信息工程大学）创办了农业气象专业。20世纪30年代，他研究中国的气团分类、锋面与中国天气变化的关系、大气活动中心、世界大气浪动和海洋环流同中国降水和温度的关系，开辟了中国长期天气预报的研究领域。他在竺可桢气候分类的基础上，对中国气候区划和各区的特点提出了新的见解，更细致地划定了中国的气候区域。1944年发表的《中国夏季风之进退》一文（与黄士松合著），对中国夏季季风的性质、出现的时间及其活动规律等提出了新的见解，此外还对高空气候、农业气候、长江水文预测等做了研究。涂长望的重要著作还有《中国气候区域》（1936）、《我国低气压之成因与来源》（1936）、《大气运行与世界气温之关系》（1937）、《中国天气与世界大气的浪动及其长期预告中国夏季旱涝的应用》（1937）、《中国之气团》（1938）和《关于二十世纪气候变暖问题》（1961）。