17至18世纪，西方随着文艺复兴的出现，以及航海事业的兴起，天文学和物理学出现了重大的突破，温度计、气压计、湿度计、风速器等气象观测仪器在欧洲陆续被发明和应用。1649年至1651年间，法国巴黎、瑞典斯德哥尔摩等地陆续开始使用气象观测仪器进行气象观测。与此同时，在明末清初，天主教耶稣会传教士积极推动“西学东渐”，近代气象仪器也随之传入中国。从现有文献资料看，最早将西方气象仪器传入中国的是比利时籍传教士南怀仁。清顺治十五年（公元1658年），南怀仁与其他35名传教士到达澳门，次年进入内地传教。清康熙八年（公元1669年）南怀仁掌管钦天监监务，受康熙之命改建北京古观象台。他运用西方的科学知识，在短短的四年内制造了天体仪、赤道经纬仪、黄道经纬仪、地平经仪、地平纬仪（象限仪）、纪限仪（距度仪）等六件观象仪器设备。此后，又制作了玑衡抚辰仪、圭表、漏壶、简平仪、地平半圆日晷仪和“验燥湿器”（湿度计）和“验冷热器”（温度计）等天文气象仪器。继天主教耶稣会之后，俄国的东正教于17世纪末进入中国。清康熙五十四年（公元1715年），根据沙皇的谕旨，俄国政府正式委派组成首个“北京传教士团”到达北京。公元1732年，“北京传教士团”在今天的东交民巷建造一座永久性的教堂，命名为“圣玛利亚教堂”。 然而，这些传教士名为“传教”，实际上以教堂为据点，暗中承担为俄国搜集情报的秘密任务，其中包括在中国收集气象情报。清道光二十九年（公元1849年），俄国东正教会在圣玛利亚教堂附近，正式将1841年筹建的测候所扩建为“地磁气象台”，并由俄国中央科学院任命斯开旭高（Skatschkow）为地磁气象台首任台长。从公元 1851年开始，观测时间改为每小时一次，夜晚亦照常观测。公元1867年，北京地磁气象台脱离教会，直属圣彼得堡科学院，傅烈旭(H.Fritsche)任台长，观测项目增加相对湿度、风速和云量，并停止天空状况观测。傅烈旭是俄国著名科学家，他在中国历任北京地磁气象台台长达16年之久，对东亚地磁及气候颇有研究，著有《北京气候》、《东亚气候》等书。公元1882年至1883年，第一届国际极年期间，北京地磁气象台参与了国际极年的观测工作北京地磁气象台是外国教会组织在中国创建的第一个气象台，也是在中国最早使用近代气象仪器连续进行观测的气象台站，其观测记录从公元1841年开始，断续延续到民国三年（公元1914年12月）。 如今，大部分原始观测资料已经遗失，但在当年，这些资料不仅服务来华各国商旅，也为列强人侵提供了气象情报。