1978年5月，被调进了中国科学院兰州冰川冻土研究所工作，先后任助理研究员、副研究员、研究员、副所长、中国科学院兰州分院副院长。同年7月，通过了研究生二试，考取了兰州大学地理系硕士研究生，师从李吉均教授。

1980年10月，毕业获得硕士学位后返回冰川所工作。

1983年，首次到南极考察。1987年，第二次到南极考察。

1989年7月，参加国际徒步横穿南极大陆科学考察，行程5986公里，中经南极点和“不可接近地区”，1990年3月3日抵达这次考察终点——苏联和平站，成为中国第一个徒步横穿南极大陆的人，并采集了800多个雪样，特别是采集到南极洲“不可接近地区”内一套完整的珍贵冰雪样品，填补了冰川学研究的空白，成为世界上唯一全部拥有南极地表一米以下冰雪标本的科学家。

1991年1月，在兰州大学地理科学系，攻读博士学位。1992年12月，博士毕业。

1995年4月，担任中国科学院资源环境科学与技术局局长（至2000年11月）。

2000年11月，担任中国气象局局长、党组书记（至2007年3月）。

2002年，作为IPCC第四次评估报告第一工作组联合主席，他成功组织了IPCC科学评估活动，大力支持和推荐发展中国家科学家和年轻科学家参与IPCC评估报告的编写（-2008年）。

2003年，当选为中国科学院院士。

2004年，当选为第三世界科学院院士。同年中国科学院研究生院资源与环境学院（现中国科学院大学资源与环境学院）成立，秦大河兼任学院院长。

2004年8月，遵照温总理要确保人民生命财产安全的指示，根据云娜台风的特点及动向，中国气象局于2004年8月12日采取紧急行动，时任中国气象局局长秦大河决定利用中央电视台《新闻联播》之后的电视天气预报节目时段，亲自向广大民众播报云娜台风的登陆信息。这是中国气象局长首登屏幕播台风。

2007年，通过科技部基础研究司组织的国家重点实验室建设计划可行性论证会，冰冻圈科学国家重点实验室正式成立，秦大河担任中心主任。

2008年3月，任第十一届中国人民政治协商会议全国委员会人口资源环境委员会副主任。9月连任联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第一工作组联合主席。10月28日，在人民大会堂，秦大河从世界气象组织主席别德里茨基手里接过五十三届国际气象组织（IMO）奖，是继中国气象学家叶笃正之后，第二个获此殊荣的中国科学家。

2009年5月，北京大学气候变化研究中心成立，秦大河担任中心主任。

2011年，当选为美国气象学会荣誉会员。5月，担任中国科学技术协会副主席（至2016年6月）。

2012年7月，担任中国科学院学部主席团成员、学术与出版委主任。

2013年5月，担任中国科学院学术委员会主任。10月21日，获得环境与可持续发展领域沃尔沃环境奖。

2017年2月，国家自然科学基金委员会重大项目“中国冰冻圈服务功能形成机理与综合区划研究”启动，秦大河担任项目首席科学家。

2020年1月，出任华东师范大学世界地理与地缘战略研究中心主任。

2021年5月9日，担任西北大学榆林碳中和学院名誉院长。

2023年5月，中国环境科学学会授予“中国环境科学学会首届荣誉会士”。

秦大河长期从事冰冻圈与全球变化研究，多次参加、主持南极、北极、青藏高原和中国西部地区的科学考察和研究，取得了许多创新性成果。积极参与政府间气候变化专业委员会(IPCC)科学评估活动。主持《中国气候与环境演变》和《中国西部环境演变评估》研究，产生广泛影响，促进了我国与国际气候变化研究工作的不断进步，为推动全球变化研究作出了突出贡献。主持《中国气象事业发展战略研究》，凝练出“公共气象，安全气象，资源气象”的发展理念，为中国气象事业的发展开拓了创新思路。

秦大河院士是“中国徒步横穿南极大陆第一人”，是首位获得沃尔沃环境奖的中国科学家，该奖项是实践环境科学领域的最高奖励，被誉为环境与可持续发展领域的“诺贝尔奖”。2022年，他还获得国际地理联合会最高荣誉奖。秦大河院士是目前世界上唯一全部拥有南极地表一米以下冰雪标本的科学家，而且创建了国际上第一个以“冰冻圈科学”命名的研究机构。

秦大河在冰冻圈和全球变化研究方面成绩卓越并取得了大量创新性成果。他多次组织南、北极和亚洲腹地及青藏高原地区的科学考察，他曾徒步6000公里横穿南极冰盖进行科考，取得了一系列创新性科研发现和创造性成果，首次从理论上阐明雪的暖型、冷型和交替型密实化过程，建立了定量划分标准。系统研究了南极冰盖雪层内环境记录，揭示了现代环境的地域分异规律，发现了南极表层雪冰中NO3含量在极光卵区出现峰值的现象。

秦大河自IPCC第三次评估报告起全面参与报告编写工作，其中担任第四次和第五次评估报告的联合主席。IPCC第五次报告的第一部分“自然科学基础”已于9月发布。作为IPCC第四次评估报告第一工作组联合主席，他参与组织IPCC科学评估，推动了中国和国际气候变化研究，并大力推荐青年科学家尤其是来自发展中国家的科学家参加到IPCC评估报告的编写中；作为世界气象组织的常任代表，他高度重视气象和水文之间的国际合作，有力推动了气象事业在世界范围内的进步。

2012年发布的IPCC关于极端气候事件评估特别报告，第一次从科学的角度提出了一直被公众所质疑的理论：极端天气和气候现象在过去的50年里变得越来越频繁。这份报告引起了广泛的关注，明确指出了气候变化和阶段性极端天气之间的联系，比如越来越广泛的干旱和热浪气候，以及地区性的风暴和降水。沃尔沃环境奖评审委员会认为该报告“具有划时代的意义”。该项工作在努力构建和传播有关人类活动影响了气候重要科学结论方面做出了巨大贡献，从而为人类必须积极应对气候变化的行动奠定了坚实的基础。

截至2017年，秦大河承担了多项国家和省部委项目，包括国家自然科学基金委员会重大项目；获得国家和省部委科技成果奖8项，其中中国科学院自然科学一等奖二项，国家自然科学三等奖、四等奖各一项。

承担项目

成果奖励

截至2019年，秦大河独立和合作撰写著作20多部，发表论文256篇，其中SCI论文56篇，研究成果被国际冰川学界著名教科书《冰川物理学》和Nature等SCI刊物引用207次（他引102次）。

秦大河带领政府间气候变化专门委员会（IPCC）中国团队为本科生主讲通识课《气候变化科学概论》，该课程在南京信息工程大学、兰州大学、清华大学、北京大学、中国科学技术大学、中山大学、南京大学、北京师范大学等校开设。

2015年3月15日，全国政协委员秦大河做客新华网2015全国两会特别访谈时表示，凡是人类在社会发展当中有益的正面的经验，都要继承。西方社会在1750年工业化以来，走了两、三百年的道路，科普的科学技术和教育这个经验是逐渐积累起来的。中国是新兴国家，人口众多，而且发展相对较晚，在短短几十年内能发展成这个样子，实属不易。秦大河指出，按照当前计划，在2015年末的时候，中国公民具备基本科学素质的比例能达到5%，相当于上个世纪发达国家80年代的情况，还是要做大量的工作，继续努力。秦大河强调，提高公民具备基本科学素质需要国家与个人的共同努力，他认为，从公民的角度来说，所有的知识分子、知识阶层都应该做工作，包括医务工作、科技工作者、教师，甚至科技干部，都应该参与进来。

秦大河的父亲秦和生是兽医教育家和兽医外科专家，在他出生前后，父亲辗转于陕西、甘肃、宁夏、北京等地，从事教学和科学研究，所以，兄弟姐妹的名字都带上了明显的地理色彩，他的哥哥名叫秦大山；他的姐姐名秦爱宁；他的妹妹名叫秦爱兰。

秦大河在武威一中上学时一位同年级但不同班的女生叫周钦珂，引起了他的注意。全年级几次统考，周钦珂总是考得比他好，名次排在他前面。高中毕业后，周钦珂考取了兰州医学院，他考进兰州大学地质地理系自然地理专业。大学快毕业时，两人的关系才明确了。周钦珂看上了他的老实可靠。毕业后，他当时分到了省农村宣传队和政县分队，她也跟着到了和政县。1971年，他被分配到和政县一中教书，钦珂分配到和政县医院工作，那一年，两人结婚。

秦大河长期从事冰冻圈与全球变化研究，多次参加、主持南极、北极、青藏高原和中国西部地区的科学考察和研究，取得了许多创新性成果。积极参与政府间气候变化专业委员会科学评估活动。主持《中国气候与环境演变》和《中国西部环境演变评估》研究，产生广泛影响，促进了中国与国际气候变化研究工作的不断进步，为推动全球变化研究作出了突出贡献。主持《中国气象事业发展战略研究》，凝练出“公共气象，安全气象，资源气象”的发展理念，为中国气象事业的发展开拓了创新思路。（中国科学院评）

沃尔沃环境奖颁给秦大河主要有3个原因，一是因为他是非常杰出的气候与冰川学家，世界闻名；二是他为中国的地理和气候学研究作出了重要贡献；第三，秦大河为联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布的气候变化评估报告做出了重要贡献。（沃尔沃环境奖评委会主席威尔·斯泰芬接受人民网记者采访时评）