大武氣象站最早於臺灣日治時期由台灣總督府所成立，當時的名稱是大武出張所，與新港出張所（現為成功氣象站）、台南飛行場出張所以及宜蘭飛行場出張所等三座氣象觀測站同時成立。

　　１９４５年１０月，第二次世界大戰結束，國民政府接收臺灣，１１月１日，國民政府指派石延漢前來臺灣進行日治時期所遺留之氣象設施的接收作業，並成立「臺灣省氣象局」，隸屬在臺灣行政長官公署之下。大武出張所，在由氣象局接收後，站名改名為「臺灣省氣象局大武測候所」，後再改隸屬在臺灣省政府之下。１９４８年１月，臺灣省氣象局改制為臺灣省氣象所，並且隸屬在臺灣省交通處之下，大武測候所再次改名為「臺灣省氣象所大武測候所」。

　１９６５年９月１日，臺灣省氣象所再度改制為臺灣省氣象局，旗下氣象觀測機構則名稱不變。１９７１年７月１日，臺灣省氣象局恢復原在中國大陸的建制為交通部中央氣象局，而雖然隸屬單位的名稱經過多次更迭，但大武測候所方面僅單位全名的直隸單位方面有進行更換，站名依舊保持不變。直到１９７６年１１月１０日，中央氣象局依據其「附屬測站組織通則」，將大武測候所改名為大武氣象測站，全名為「中央氣象局大武氣象測站」，並將該氣象站歸類在四等氣象站之中。