大武氣象站前身是臺灣總督府氣象臺「大武出張所」，有感於東部是颱風侵襲臺灣的前哨站，獲取該地氣象資料尤顯重要，為提升颱風的預警與觀測能力，而成立氣象觀測站，亦有支援軍事需要的角色。1989年8月1日更名成「中央氣象局大武氣象站」。
建物主體部分的方形風力塔為日治時期少數僅存鋼筋混凝土加強磚造的建築，是日治時期少數僅存鋼筋混凝土加強磚造的建築，也是當時大武街最高建築物及地標，觀測坪距離太平洋不到100公尺，是颱風侵襲臺灣東部的前哨站，不僅登陸或擦身而過的颱風多。另外，大武地區於春、夏交替期間，當鋒面接近台灣北部時，因受鋒面前緣影響，氣流過山此時常會吹南風或偏南風。溫溼的空氣受山脈阻擋，被迫上升而冷卻，水汽飽和凝結成雲雨，降落在迎風面的山坡上。因大武地區處高山背風面，易產生沉降增溫作用，而有「焚風」現象，是每年五、六月的重點通報項目，焚風次數是中央氣象局人工氣象站最多的，大武真的可以說是焚風的故鄉。
中央氣象局大武氣象站定量觀測項目，有溫度、露點、濕度、氣壓、氣壓趨勢及特性、氣壓變量、極端溫度、降水量、風向風速，由自動測報系統回報。而定性觀測項目，是現在天氣、過去天氣、雲狀、雲量、雲底高度、能見度、地面狀態、特殊現象，這是透過人工觀測。主要觀測項目是，地面氣象觀測、天氣預報為主。地面氣象觀測，利用地面氣象自動測報系統，除此之外，需要人工觀測的部分是雲、天氣現象、能見度和蒸發量。而天氣預報，由大武氣象站傳輸的天氣圖雲圖，來預報當地24小時天氣，並且轉報由氣象預報中心、海象測報中心，發布之各類天氣預報及特報、潮汐資料。
全臺人工氣象站史上最高溫紀錄，2020年7月25日12:36受到焚風的影響測得40.2度高溫，為大武氣象站1940年設站以來最高溫，亦平全臺人工氣象站史上最高溫紀錄，而且歷年來全臺15次最高溫紀錄大武就佔了6次，焚風故鄉-大武鄉。
