壹、局機關設辦公室（應急管理辦公室、行政管理處）、應急與減災處、觀測與預報處、科技發展處（氣候變化處）、計劃財務處、人事處、政策法規處（雷電防護管理辦公室）、監察審計處（與黨組紀檢組合署辦公）、機關黨委辦公室（精神文明建設辦公室）、離退休幹部辦公室。
二、直屬事業單位有：北京市氣象臺(北京區域中心氣象臺、北京市決策氣象服務中心)、北京市氣候中心(北京區域氣候中心、北京市氣象局衛星遙感應用中心)、中國氣象局北京城市氣象研究所(北京城市氣象工程技術研究中心)、北京市氣象科技服務中心(北京市專業氣象臺)、北京市觀象臺、北京市氣象信息中心(北京市氣象檔案館)、北京市氣象局大氣探測技術保障中心(北京市氣象技術裝備中心)、北京市氣象局後勤服務中心(北京市氣象局財務結算中心)、北京市避雷裝置安全檢測中心，並代管北京市人工影響天氣辦公室。北京減災協會、北京氣象學會掛靠北京市氣象局。
三、區縣氣象局有：海澱區氣象局、朝陽區氣象局、豐臺區氣象局、門頭溝區氣象局、石景山區氣象局、房山區氣象局、大興區氣象局、平谷區氣象局、通州區氣象局、順義區氣象局、懷柔區氣象局、密雲縣氣象局、延慶縣氣象局、昌平區氣象局和上甸子大氣本底汙染監測站(上甸子國家氣候觀象臺)。