台东气象站为一座位在台湾台东县台东市区内的气象观测站，至今已成立114年。该气象站由行政院交通部中央气象局所管辖，全名为交通部中央气象局台东气象站。台东气象站曾2004年5月9日测得台湾气象史上最高温摄氏40.2度的纪录，当天因出现焚风现象，导致市区炙热耐，就在下午1时14分，气象站测得摄氏40.2度的高温。
1896年时，台湾总督府方面即规划在台湾各处兴建多座气象观测站，而台湾东部地区部分，原计划于东海岸的台东地区沿线寻找两处地点兴建两座气象观测站，然而，当时因为东海岸地区尚未架设电信设备，加上当时该地区的交通联系尚未开拓，导致台湾总督府决定延后开设东海岸两座气象站的时间。
1901年1月1日，台湾总督府终于在今日台东气象站的位置成立气象观测站，当时称为台东测候所，并且直接隶属在台湾总督府之下。而初期，台东测候所曾借用台东厅第一室来充当办公室进行气象数据的监测与分析，每天固定定时观测6次。台东测候所的成立，也成为了台湾东部地区正式首度拥有气象观测业务。
1943年，台东测候所从原先每日观测6次改为每天观测3次。
1945年10月，第二次世界大战结束，国民政府接收台湾。11月1日，政府派石延汉接收台湾省气象设施，成立“台湾省气象局”，隶属在台湾行政长官公署之下，并开始接收台湾总督府所遗留在台湾各处的气象测候所。台东测候所方面，在由气象局接收后，站名改名为“台湾省气象局台东测候所”，后再改隶属在台湾省政府之下。1947年3月15日至4月9日之间，台东测候所曾暂停观测气象，直到4月10日恢复观测。1948年1月，台湾省气象局改制为台湾省气象所，并且隶属在台湾省交通处之下，台东测候所再次改名为“台湾省气象所台东测候所”。
1965年9月1日，台湾省气象所再度改制为台湾省气象局，1971年7月1日，台湾省气象局恢复原在中国大陆的建制为交通部中央气象局，而虽然隶属单位的名称经过多次更迭，但台东测候所方面仅单位全名的直隶单位方面有进行更换，站名依旧保持不变。直到1976年11月10日，中央气象局依据其“附属测站组织通则”，将台东测候所改名为台东气象测站，全名为“中央气象局台东气象测站”，并将该气象站归类在三等气象站之中。1989年8月1日，台东气象测站再依交通部中央气象局附属测报机构全衔更名，修正为“交通部中央气象局台东气象站”至今。
台东气象站的办公厅舍除风力塔自日治时期保留至今以外，办公厅部分，自1972年5月起汰分年将原日治时期所兴建的木造房屋分批改建。1974年3月，增建8栋钢构混凝土平顶式房屋，此建物共有两楼，并规划作为职务宿舍之用，而在该宿舍兴建时，曾于挖掘地基的工程中，挖掘出两具无棺木骷髅，而因为当地居民民间流传台东气象站之原址于台湾清领时期时曾为清兵的兵营驻屯地，今气象站部分恰为当时清兵所使用的刑场。
1976年2月，台东气象站大门进行改建，同年5月，依据气象法标准将观测坪进行整建。
2015年11月，由于台东气象站站内的办公厅面积已不敷使用，因此在计划以原址为基础将目前办公厅拆毁改建新办公厅，而该气象站中，自成立时便种植生长至今的7颗松树因受到站员及周围居民要求，因此也将予以保留。此改建工程于同年11月10日举行动工典礼，并计划在2016年底正式完工。
台东气象站目前依据中气象气象局三等气象站作业标准站内总配置人数为6人，其中主任1名及职员5名，并实施每天24小时轮班作业。目前台东气象站旗下还管辖有四等气象站成功气象站，称为台东气象站成功站区。
