Cikal bakal terbentuknya GAW dimulai pada tahun 1950an ketika WMO membuat suatu program monitoring senyawa-senyawa kimia renik di atmosfer, dan juga melakukan penelitian polusi udara dari sudut pandang meteorologi. Pada tahun 1957, didirikanlah Global Ozone Observing System (GO3OS), yang bertanggung jawab dalam monitoring ozon. Tahun 1968, PBB mengadakan konferensi internasional yang membahas masalah lingkungan yang disebabkan oleh industrialisasi. Pada waktu yang hampir bersamaan, WMO membuat badan riset lingkungan lain, yaitu Background Air Pollution Monitoring Network.
Dalam konferensi yang dilaksanakan di Stockholm tahun 1972, PBB membahas beberapa masalah lingkungan, di antaranya:

• Ancaman senyawa klorofluorokarbon (CFC) di atmosfer;
• Asidifikasi danau dan hutan di Amerika Utara dan Eropa karena hujan asam; dan
• Pemanasan global yang diakibatkan oleh emisi gas rumah kaca.

Oleh karena itu, PBB melalui salah satu badannya, WMO, mengusahakan untuk dibentuknya suatu program yang dapat menangani masalah-masalah di atas. Akhirnya, pada tahun 1989, program GAW yang merupakan kombinasi antara GO3OS dan Background Air Pollution Network diluncurkan. GAW terdiri dari jaringan stasiun pengamatan di seluruh dunia dengan fasilitas pendukung yang dapat menyediakan data-data atmosferik, dan juga sebagai sistem peringatan dini terhadap perubahan komposisi kimia dan fisika di atmosfer yang dapat menjadi permasalahan lingkungan. Permasalahan itu meliputi kondisi lapisan ozon, konsentrasi gas rumah kaca, presipitasi kimia, dan ancaman hujan asam.

Pelaksanaan program GAW di Indonesia dilakukan oleh Stasiun Pemantau Atmosfer Global yang berada di Bukit Kototabang, provinsi Sumatera Barat. Stasiun ini merupakan salah satu Unit Pelaksana Teknis di bawah Badan Meteorologi, Klimatologi, dan Geofisika (BMKG) yang spesifik melakukan pengamatan kondisi kimia dan fisika atmosferik, serta parameter kualitas udara. Stasiun ini menjadi satu-satunya stasiun referensi udara bersih di Indonesia.

Pemilihan Bukit Kototabang sebagai titik pengamatan atmosfer global didasarkan oleh fakta letak geografis dan astronomisnya. Dari semua titik pengamatan, hanya Mount Kenya dan Bukit Kototabang yang merepresentasikan wilayah yang hampir tepat berada di lintang 0° (garis khatulistiwa). Namun berbeda dengan Kenya yang merupakan daerah gurun, Bukit Kototabang mewakili daerah yang memiliki hutan hujan tropis dengan tingkat kelembaban dan curah hujan yang tinggi. Selain itu, letak geografis Bukit Kototabang yang dekat Samudera Hindia menjadi kajian yang menarik dari sudut pandang meteorologi.