ความเป็นมาของวันพระบิดาแห่งฝนหลวงนั้น สืบเนื่องจากพระบาทสมเด็จพระบรมชนกาธิเบศร มหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร เสด็จเยี่ยมราษฎรในภาคตะวันออกเฉียงเหนือเมื่อวันที่ 14 พฤศจิกายน พ.ศ. 2498 พระองค์ทรงพบว่าราษฎรได้รับความเดือดร้อนจากปัญหาน้ำท่วมและฝนแล้ง ทำให้ทรงมีพระราชดำริในการแก้ปัญหาความทุกข์ร้อนของราษฎรอย่างฉับพลันในขณะนั้นว่า "สมควรที่จะสร้างฝายหรือเขื่อนขนาดเล็ก และอ่างเก็บน้ำจำนวนมากขวางทางน้ำ เพื่อป้องกันหรือลดความรุนแรงการไหลบ่าของน้ำ และกักเก็บน้ำไว้ในฤดูแล้งซึ่งเป็นการบรรเทาสภาวะแห้งแล้งได้ทางหนึ่ง" ที่สำคัญทรงเกิดประกายความคิดด้วยความมั่นพระราชหฤทัยว่าน่าจะนำกระบวนการทางวิทยาศาสตร์มาช่วยให้เกิดฝนได้ และน่าจะมีวิธีการที่จะรวมเมฆที่กระจายอยู่ในท้องฟ้า ไปรวมตัวกันเกิดเป็นฝนตกลงสู่พื้นที่แห้งแล้ง

   จาก พ.ศ. 2498 เป็นต้นมา พระองค์ทรงศึกษาค้นคว้าและวิจัยทางเอกสาร ทั้งด้านวิชาการอุตุนิยมวิทยาและการดัดแปรสภาพอากาศ เมื่อทรงมั่นพระราชหฤทัยแล้ว ทรงพระราชทานแนวคิดนี้แก่หม่อมราชวงศ์เทพฤทธิ์ เทวกุล ผู้เชี่ยวชาญในการวิจัยสิ่งประดิษฐ์ทางด้านเกษตรวิศวกรรมของกระทรวงเกษตรและสหกรณ์ในขณะนั้น และทรงพระกรุณาโปรดเกล้าโปรดกระหม่อมให้ทำการทดลองปฏิบัติการจริงในท้องฟ้าเป็นครั้งแรก เมื่อวันที่ 1 – 2 กรกฎาคม พ.ศ. 2512 โดยใช้พื้นที่บนอุทยานแห่งชาติเขาใหญ่เป็นพื้นที่ทดลองโดยทดลองหยอดก้อนน้ำแข็งแห้งขนาดไม่เกิน 1 ลูกบาศก์นิ้ว เข้าไปในยอดเมฆสูงไม่เกิน 10,000 ฟุต ที่ลอยกระจัดกระจายอยู่เหนือพื้นที่ทดลอง ทำให้กลุ่มเมฆทดลองมีการเปลี่ยนแปลงทางฟิสิกส์ของเมฆทำให้เกิดการกลั่นรวมตัวกันอย่างหนาแน่น และก่อยอดสูงขึ้นเป็นเมฆฝนขนาดใหญ่ในเวลาอันรวดเร็ว และจากการติดตามผล ก็ได้รับรายงานว่าเกิดฝนตกลงสู่พื้นที่บริเวณวนอุทยานแห่งชาติเขาใหญ่ในที่สุด การทดลองดังกล่าวจึงเป็นนิมิตหมายที่ดีที่บ่งชี้ให้เห็นว่าการบังคับเมฆให้เกิดฝนเป็นสิ่งที่เป็นไปได้ และความสำเร็จดังกล่าวยังส่งผลให้มีการพัฒนา ปรับปรุง และต่อยอดโครงการฝนหลวงเรื่อยมา 

   จากการที่ทรงศึกษาค้นคว้า ทรงทดลองทางวิทยาศาสตร์ และปฏิบัติการทำฝนที่ประสบความสำเร็จมาโดยลำดับ โดยทรงประดิษฐ์คิดค้นเทคโนโลยีในการทำฝนเบื้องต้น และทรงบัญญัติคำศัพท์ การทำฝน 3 ขั้นตอน เพื่อให้ง่ายต่อความเข้าใจและการสื่อสารคือ "ก่อกวน เลี้ยงอ้วน และโจมตี" โดยเฉพาะเทคนิคการโจมตีให้ฝนตกลงสู่พื้นที่เป้าหมายอย่างแม่นยำ และเพิ่มปริมาณฝนตกให้สูงขึ้น โปรดเกล้าโปรดกระหม่อมให้เรียกว่า เทคนิคการโจมตีแบบแซนด์วิช (SANDWICH) และพระราชทานให้ใช้เป็นเทคโนโลยีการทำฝนตั้งแต่ พ.ศ. 2516 เป็นต้นมา

   พ.ศ. 2542 ได้เกิดสภาวะแห้งแล้งรุนแรงต่อพื้นที่เกษตรกรรม และราษฎรในท้องถิ่นทุรกันดารขาดแคลนน้ำอุปโภคบริโภค ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าโปรดกระหม่อมให้กระทรวงเกษตรและสหกรณ์จัดส่งคณะปฏิบัติการฝนหลวงกู้ภัยแล้ง โดยในการปฏิบัติการนี้ ทรงพัฒนาเทคนิคการโจมตีที่เรียกว่า "เทคนิคการโจมตี แบบ SUPER SANDWICH" อันเป็นนวัตกรรมใหม่ที่พระราชทานให้ใช้เป็นเทคโนโลยีฝนหลวงที่สามารถกู้ภัยแล้งให้คืนสู่สภาวะปกติได้อย่างทันท่วงที จึงเป็นการพัฒนาเทคโนโลยีฝนหลวงให้ก้าวหน้ายิ่งขึ้นอีกระดับหนึ่ง และพระราชทานให้ใช้เป็น "ตำราฝนหลวงพระราชทาน" ตั้งแต่วันที่ 21 มีนาคม พ.ศ. 2542 เป็นต้นมาจนถึงปัจจุบัน

   กระทรวงเกษตรและสหกรณ์ ในฐานะที่เป็นองค์กรที่ได้ดำเนินงานโครงการพระราชดำริฝนหลวงมาตั้งแต่เริ่มแรกโครงการได้เสนอให้วันที่ 14 พฤศจิกายนของทุกปีเป็น "วันพระบิดาแห่งฝนหลวง" ในการประชุมคณะรัฐมนตรี และคณะรัฐมนตรี ได้มีมติเห็นชอบเมื่อวันที่ 20 กรกฎาคม พ.ศ. 2545

   ด้วยพระมหากรุณาธิคุณของพระบาทสมเด็จพระบรมชนกาธิเบศร มหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร ที่ทรงคิดค้น วิจัย และพัฒนาเทคโนโลยีฝนหลวงจนประสบผลสำเร็จสามารถช่วยเหลือประชาชนให้รอดพ้นจากภัยแล้งและมีคุณภาพชีวิตที่ดีขึ้นได้จนถึงปัจจุบัน