ปี ๒๕๑๘ รัฐบาลตระหนักว่าปฏิบัติการฝนหลวงทวีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ มีการทูลเกล้าฯ ถวายฎีกาขอพระราชทานฝนหลวงเพิ่มมากขึ้นในแต่ละปี ดังนั้น เพื่อให้ปฏิบัติการฝนหลวงสามารถช่วยเหลือเกษตรกรได้กว้างขวางและเป็นผลดียิ่งขึ้น จึงมีการตราพระราชกฤษฎีกาตั้ง สำนักงานปฏิบัติการฝนหลวงขึ้น ในสำนักงานปลัดกระทรวงเกษตรและสหกรณ์ เมื่อวันที่ ๒๑ กันยายน พ.ศ. ๒๕๑๘

ในเวลานั้น สำนักงานปฏิบัติการฝนหลวงมีภารกิจหลัก คือ ปฏิบัติการฝนหลวงเพื่อป้องกันและบรรเทาสภาวะแห้งแล้ง โดยการช่วยให้เกิดฝนตามธรรมชาติ เพื่อป้องกันและบรรเทาปัญหาขาดแคลนน้ำสำหรับการบริโภคอุปโภคและการเกษตร เพิ่มปริมาณน้ำให้แก่ต้นน้ำลำธาร หนองบึงธรรมชาติ อ่างและเขื่อนกักเก็บน้ำ เพื่อการผลิตกระแสไฟฟ้า การชลประทาน น้ำประปา อุตสาหกรรม และน้ำใต้ดิน รวมทั้งวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีฝนหลวง

สำนักงานปฏิบัติการฝนหลวง ช่วงเริ่มต้น มีหน่วยปฏิบัติการ ๒ หน่วย และไม่มีอาคารที่ทำการอาศัยเพียงห้องเล็กๆ ในกองเกษตรวิศวกรรม ๓ ห้อง เป็นที่ทำงาน ใช้เจ้าหน้าที่จากกองเกษตรวิศวกรรม สร้างและพัฒนาเครื่องมือต่างๆ ทั้งเครื่องอบเกลือ เครื่องเผาเกลือ เครื่องบดเกลือ ฯลฯ

ในปี ๒๕๒๐ สำนักปฏิบัติการฝนหลวง มีหน่วยปฏิบัติการ ๔ ทีม แต่ละทีมมีเครื่องบินเล็กๆ ๓-๔ ลำ มีนักบินและช่างเครื่อง ลำละ ๓ คน แต่มีนักวิทยาศาสตร์อยู่ ๖ คน ทุกครั้งที่ออกปฏิบัติการในทุกฝูงบิน จะมีนักวิทยาศาสตร์ไปด้วยหนึ่งคน

จากการที่ปฏิบัติการทำฝนหลวง จำเป็นต้องใช้เครื่องบินในการปฏิบัติงานด้วย อีกทั้งภารกิจที่เพิ่มมากขึ้น จึงมีการรวมสองหน่วยงานที่มีความเกื้อกูลกันเป็นหน่วยงานเดียวกัน และยกฐานะเป็นสำนักฝนหลวงและการบินเกษตร สังกัดสำนักงานปลัดกระทรวงเกษตรและสหกรณ์ เมื่อวันที่ ๑๕ กันยายน พ.ศ. ๒๕๓๕ โดย “กองการบินเกษตร” ซึ่งรับผิดชอบด้านอากาศยาน เป็น “ส่วนการบิน” และ “สำนักงานปฏิบัติการฝนหลวง” ซึ่งรับผิดชอบด้านการปฏิบัติการฝนหลวง เป็น “ส่วนฝนหลวง”

ภารกิจของสำนักฝนหลวงและการบินเกษตร กว้างขวางขึ้น ครอบคลุมทั้งปฏิบัติการฝนหลวงให้แก่เกษตรกรและประชาชน เติมน้ำให้แหล่งกักเก็บน้ำต่างๆ วิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีการดัดแปรสภาพอากาศและสาขาที่เกี่ยวข้อง บินบริการสนับสนุนการปฏิบัติงานด้านการอนุรักษ์ทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม รวมทั้งบินสนับสนุนการปฏิบัติงานด้านการเกษตรและการปฏิบัติงานของส่วนราชการอื่น จึงมีการกำหนดพื้นที่รับผิดชอบเป็นลุ่มน้ำ และมีการจัดตั้งศูนย์ปฏิบัติการฝนหลวงประจำลุ่มน้ำ ๘ ศูนย์ ครอบคลุมพื้นที่ทั้ง ๒๕ ลุ่มน้ำหลัก

วิวัฒนาการในลำดับต่อมา ในการทำงานของสำนักฝนหลวงและการบินเกษตร คือ การแบ่งโซนดูแลรับผิดชอบ แต่ยังต้องกลับส่วนกลางอยู่เมื่อหมดภารกิจ สำนักฝนหลวงและการบินเกษตร ในปี ๒๕๓๕ นอกจากจะมีนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่เข้ามาเสริม มีการทำงานที่เป็นระบบมากขึ้น และมีเทคโนโลยีที่ทันสมัยแล้ว อัตรากำลังข้าราชการและเจ้าหน้าที่ก็เพิ่มมากขึ้น จาก ๖๐ คน ในช่วงเริ่มต้นก่อตั้ง เป็นเกือบ ๕๐๐ คน

เวลาที่ล่วงเลยมาถึง ๒๐ ปี กับสภาวการณ์ที่เปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก ยิ่งความต้องการน้ำเพิ่มมากขึ้นเท่าไร ภาวะความแห้งแล้งและการขาดแคลนน้ำกลับยิ่งรุนแรงมากกว่า ปฏิบัติการฝนหลวงจึงต้องขยายขอบเขตภารกิจ บทบาท และมีส่วนร่วม ทั้งด้านการกำหนดนโยบาย ยุทธศาสตร์ และแผนแม่บทการบริหารจัดการทรัพยากรน้ำแบบบูรณาการของประเทศ สำนักฝนหลวงและการบินเกษตร จึงได้ยกฐานะขึ้นเป็นกรม

“กรมฝนหลวงและการบินเกษตร” ได้รับการก่อตั้ง เมื่อวันที่ ๒๔ มกราคม ๒๕๕๖ ตามพระราชบัญญัติปรับปรุงกระทรวง ทบวง กรม (ฉบับที่ ๑๐) พ.ศ. ๒๕๕๖ โดยมีลำดับความเป็นมา ดังนี้ เมื่อวันที่ ๒๑ กันยายน ๒๕๑๘ มีพระราชกฤษฎีกาก่อตั้งสำนักงานปฏิบัติการฝนหลวง (Royal Rainmaking Research and Development Institute, RRRDI) เพื่อเป็นหน่วยงานรองรับโครงการพระราชดำริฝนหลวงของพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวภูมิพลอดุลยเดช โดยมี ม.ร.ว. เทพฤทธิ์ เทวกุล เป็นผู้รับสนองพระราชดำริ ในการคิดค้น ทดลอง กรรมวิธีการดัดแปรสภาพอากาศให้เกิดเป็นฝน ตั้งแต่ปี พ.ศ. ๒๔๙๘ เป็นต้นมา

ในวันที่ ๑๕ กันยายน พ.ศ. ๒๕๓๕ ได้มีการรวมสำนักงานปฏิบัติการฝนหลวงและกองบินเกษตร เป็นหน่วยงานเดียวกันก่อตั้งเป็น “สำนักฝนหลวงและการบินเกษตร” (Bureau of the Royal Rainmaking and Agricultural Aviation, BRRAA) เพื่อปฏิบัติการฝนหลวงให้แก่เกษตรกรและประชาชน รวมทั้งเติมน้ำในแหล่ง เก็บกักน้ำต่างๆ วิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีการดัดแปรสภาพอากาศ และบินบริการสนับสนุนการปฏิบัติงานด้านการอนุรักษ์ทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม รวมทั้งบินสนับสนุนการปฏิบัติงานด้านการเกษตรของส่วนราชการอื่น

ปี ๒๕๕๔ มติคณะรัฐมนตรี เมื่อวันที่ ๓ พฤษภาคม ๒๕๕๔ เห็นชอบในหลักการให้จัดตั้ง กรมฝนหลวงและการบินเกษตร และให้กระทรวงเกษตรและสหกรณ์ เสนอเรื่องต่อคณะกรรมการพัฒนาโครงสร้างระบบราชการ

วันที่ ๒๔ มกราคม พ.ศ. ๒๕๕๖ มีพระราชบัญญัติ ปรับปรุงกระทรวง ทบวง กรม (ฉบับที่ ๑๐) พ.ศ. ๒๕๕๖ (จัดตั้งกรมฝนหลวงและการบินเกษตร) ได้ประกาศในราชกิจจานุเบกษา ให้สำนักฝนหลวงและการบินเกษตร ได้รับการยกฐานะขึ้นเป็น “กรมฝนหลวงและการบินเกษตร” เพื่อให้การบริหารจัดการการปฏิบัติการฝนหลวง เป็นไปอย่างรวดเร็วมีประสิทธิภาพ และมีความคล่องตัวในการบูรณาการภารกิจร่วมกับส่วนราชการอื่น

โดยมีการแบ่งส่วนราชการ เป็นไปตามกฎกระทรวงแบ่งส่วนราชการกรมฝนหลวงและการบินเกษตร กระทรวงเกษตรและสหกรณ์ พ.ศ. ๒๕๕๖ กฎกระทรวงแบ่งส่วนราชการสำนักงานปลัดกระทรวง กระทรวงเกษตรและสหกรณ์ (ฉบับที่ ๓) พ.ศ. ๒๕๕๖ และ กฎกระทรวงว่าด้วยกลุ่มภารกิจ (ฉบับที่ ๘) พ.ศ. ๒๕๕๖ ได้ประกาศ ในราชกิจจานุเบกษา ฉบับกฤษฎีกา เล่ม ๑๓๐ ตอนที่ ๔๐ ก วันที่ ๙ พฤษภาคม ๒๕๕๖

๑. พระปรมาภิไธย “ภปร.” อยู่ภายใต้ พระมหาพิชัยมงกุฎ ครอบอยู่เหนือพญานาค หมายถึง พระราชปณิธานของพระบาทสมเด็จ พระเจ้าอยู่หัว ที่ทรงทุ่มเทประดิษฐ์คิดค้นเทคโนโลยีฝนหลวงขึ้นมา เพื่อบำบัดทุกข์ บำรุงสุขให้แก่พสกนิกรของพระองค์ และหมายถึง ร่มพระบารมีที่แผ่ปกป้องคุ้มครองผู้ปฏิบัติงาน ในโครงการพระราชดำริฝนหลวง

๒. พญานาคพ่นน้ำ หมายถึง เทพเจ้าแห่งการให้น้ำและความอุดมสมบูรณ์แก่สรรพชีวิตทั้งปวง พญานาคมีปีกพ่นน้ำ เปรียบเสมือนเทพเจ้า ที่สามารถบินไปให้น้ำทางอากาศหรือพ่นน้ำจากฟ้าลงมาสู่ดิน

๓. เบื้องล่างมีอักษรว่า กรมฝนหลวงและการบินเกษตร