Berdirinya Stasiun Klimatologi Kelas I Sampali Medan didasari akan kebutuhan untuk melakukan pengamatan iklim di Sumatera Utara, khususnya Perkebunan Sampali. Sampali adalah sebuah desa kecil di kabupaten Deli Serdang tempat tembakau deli yang sangat tersohor di dunia tersebut. Dibudidayakan karena tempat ini berbatasan langsung dengan Kota Medan, maka Sampali sering disebut Sampali Medan.
Pada tahun 1965 di sepakati pendirian Stasiun Klimatologi Sampali dengan menempati areal seluas 2,5 Hektar yang merupakan bekas pembibitan tembakau, lokasi yang saat itu masih tergolong jauh dari lokasi pemukiman penduduk, membuat Stasiun ini sangat ideal.
Tercatat beberapa pengamat yang bertugas saat itu antara lain Bustamin, Darsiman dan Edward serta beberapa kepala Stasiun hingga saat ini, seperti : Supomom, Zainal Zein, Ir. JM Sitepu , Ir. S.G Hutapea, Drs. Sumiratno SE, Ir. Darsiman, M.Si, Ir. Tuban Wiyoso, M.Si, Klaus Damanik,M.Si, dan Tri Agus Pramono, S.Kom (sejak Februari 2020).
Pada awalnya Stasiun ini hanya mengamati unsur – unsur iklim yang sangat terbatas sesuai dengan peralatan yang ada. Namun data serta areal percobaan tanaman yang dimiliki telah lama dipergunakan oleh mahasiswa pertanian Universitas Sumatera Utara, Universitas Muhammadiya Sumatera Utara dan Universitas lain di wilayah Kota Medan.
Stasiun Klimatologi Sampali Medan kini sudah mengalami perkembangan. Stasiun ini menjadi kelas I dan merupakan Stasiun Klimatologi di bawah BMKG yang memiliki fasilitas terlengkap di Sumatera.