Créé à l'École Nationale des Ponts et Chaussées en 2003, le CEREA est devenu un Laboratoire Commun École des Ponts ParisTech-EDF R&D à compter du 1er janvier 2004. Le CEREA est situé sur deux sites, l'un à Champs sur Marne, 77 (École des Ponts ParisTech) et l'autre à Chatou, 78 (EDF R&D). Le CEREA est aussi présent au SIRTA, le Site Instrumental de Recherche par Télédétection Atmosphérique de l'Institut Pierre-Simon Laplace, sur le site de Palaiseau. Le CEREA est rattaché à l'école doctorale Science, Ingéniérie et Environnement (SIE) de l'Université Paris-Est depuis 2010. En 2011, le CEREA a rejoint l'Observatoire des Sciences de l'Univers EFLUVE de l'Université Paris-Est en tant que membre fondateur. Le CEREA est membre de l'Institut Pierre-Simon Laplace depuis 2015.
Ses activités de recherche sont centrées sur la pollution de l'air et la micrométéorologie des basses couches de l'atmosphère. Elles couvrent une gamme qui s'étend de la recherche académique (modélisation des aérosols, assimilation de données et modélisation inverse, dynamique de la couche limite atmosphérique) jusqu'aux études d'impacts (impact des activités liées à la production de l'énergie thermique ou nucléaire, impact des activités liées aux transports), en passant par la modélisation/prévision du transport réactif de polluants à l'échelle régionale ou encore la modélisation aux petites échelles (pollution urbaine, thermique des bâtiments) et la prévision de productible pour les énergies décarbonées solaire et éolien. L'intérêt porté à plusieurs de ces sujets explique l'imbrication du laboratoire dans les programmes d'EDF R&D et ceux portés par l'ENPC, soutenus par le ministère de la transition écologique.
Des collaborations de long terme ont été mises en place avec des organismes scientifiques et techniques pour des activités spécifiques : avec l'IRSN ou le CEA pour le secteur nucléaire, avec l'INERIS pour les impacts de pollution chimique ou biologique, les ASQAA comme AIRPARIF pour les données d'inventaires relatives aux émissions de polluants atmosphériques et de gaz à effets de serre, le CEPMMT - centre européen de prévisions météorologiques à moyen terme pour la fiabilité des prédictions.