1965年，進入蘭州大學地質地理系學習。
1970年，從蘭州大學畢業之后被分配到和政縣第一中學任教。
1978年，調進中國科學院蘭州冰川凍土研究所工作。
1978年07月，攻讀蘭州大學地理系研究生。
1980年，碩士畢業之后返回冰川所工作，先后擔任助理研究員、副研究員、研究員、副所長。
1992年，獲得蘭州大學博士學位。
1995年，擔任中國科學院資源環境科學與技術局局長。
2000年，擔任中國氣象局局長、黨組書記。
2002年，擔任IPCC第四次評估報告第一工作組聯合主席。
2003年，當選為中國科學院院士。
2004年，當選為第三世界科學院院士。
2008年，擔任第11屆全國政協人口資源環境委員會副主任。
2009年，擔任北京大學氣候變化研究中心主任。
2011年，當選為美國氣象學會榮譽會員，擔任中國科學技術協會副主席。
2012年，擔任中國科學院學部主席團成員、學術與出版委主任。
2013年，擔任中國科學院學術委員會主任。
2020年，擔任華東師范大學世界地理與地緣戰略研究中心主任。
2021年05月09日，擔任西北大學榆林碳中和學院名譽院長。
1990年03月03日，抵達國際徒步橫穿南極大陸科學考察終點，成為中國第一個徒步橫穿南極大陸的人。
1990年，榮獲全國“五一”勞動獎章。
1992年，榮獲“國家有突出貢獻中青年專家”稱號。
1996年，榮獲“中國科學院自然科學一等獎”。
1997年，榮獲“中國科學院自然科學一等獎”、“國家自然科學獎三等獎”。
2008年，榮獲第53屆“國際氣象組織獎”
2013年，榮獲“沃爾沃環境獎”。
2014年，榮獲“國家自然科學獎二等獎”。
2022年，榮獲“2022年國際地理聯合會最高榮譽獎”。
