Depuis les années 1950, l'ISC, par l'intermédiaire de son prédécesseur, le Conseil international pour la science (CIUS), a joué un rôle pionnier dans l'avancement des sciences de la Terre, de l'espace et de l'environnement afin d'améliorer la compréhension du système terrestre et de ses dimensions biophysiques et humaines, ainsi que de l'espace extra-atmosphérique. Les programmes scientifiques conjoints coparrainés par l'ISC et d'autres organisations internationales, notamment celles du système des Nations Unies, ont permis des avancées majeures dans la recherche scientifique et la gouvernance des enjeux mondiaux. Le rôle de catalyseur joué par l'ICSU dans les efforts internationaux en matière de science climatique en est un exemple notable.
Jusqu'au milieu des années 1950, la coopération scientifique internationale sur le climat était limitée. L'Année géophysique internationale (AGI) de 1957-58, organisée par le CIUS, a réuni des scientifiques de plus de 60 pays pour des observations coordonnées et a vu le lancement de Spoutnik 1. Cela a conduit à la création du Comité de recherche spatiale du CIUS (COSPAR) en 1958.
L'AGI a conduit directement à la Traité sur l'Antarctique de 1959, favorisant une collaboration scientifique pacifique. Pour promouvoir la recherche en Antarctique, l'ICSU a créé le Comité scientifique de la recherche antarctique (SCAR) en 1958. À peu près à la même époque, l'ICSU a fondé le Comité scientifique de la recherche océanique (SCOR) pour relever les défis océaniques mondiaux. Tous ces comités sont toujours actifs aujourd'hui.
Suite au succès de l'AGI, l'Assemblée générale des Nations Unies a invité le CIUS à collaborer avec l'Organisation météorologique mondiale (OMM) à la recherche sur les sciences atmosphériques. Cela a conduit à la Conférence mondiale sur le climat de 1979, où les experts ont confirmé l'impact climatique à long terme de la hausse des niveaux de CO₂. Le CIUS, l'OMM et le PNUE ont alors lancé la Programme mondial de recherche sur le climat et, en 1985, a organisé une conférence révolutionnaire à Villach, en Autriche. Ses conclusions ont jeté les bases d'évaluations climatiques périodiques, conduisant finalement à la création du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) en 1988