Köppen a fost unul dintre principalii fondatori ai climatologiei și meteorologiei moderne. Între 1850 și 1860, Köppen a contribuit la manualele de navigație ale lui Seewart pentru Oceanul Atlantic, Oceanul Pacific și Oceanul Indian, studiind rapoartele navelor asupra vânturilor din diferite oceane. Între 1872 și 1873, Köppen a fost angajat ca asistent la serviciul meteorologic rus, unde a contribuit la întocmirea hărții sinoptice zilnice a vremii. În 1875, s-a mutat înapoi în Germania și a devenit șeful noii divizii de meteorologie marină din cadrul observatorului naval german (Deutsche Seewarte) cu sediul la Hamburg. Acolo, a fost responsabil de înființarea unui serviciu de prognoză meteo pentru partea de nord-vest a Germaniei și pentru zonele maritime adiacente. După patru ani de serviciu, a putut să treacă la interesul său principal de cercetare fundamentală și a părăsit biroul meteorologic.

Harta clasificării climatice globale a lui Köppen

Köppen a început un studiu sistematic al climei și a experimentat, de asemenea, cu baloane pentru a obține date din straturile superioare ale atmosferei. În 1884, el a publicat prima versiune a hărții sale a zonelor climatice, în care au fost trasate intervalele sezoniere de temperatură. Aceasta a dus la dezvoltarea sistemului de clasificare climatică Köppen în jurul anului 1900, pe care a continuat să îl îmbunătățească pentru tot restul vieții sale. Versiunea completă a sistemului său a apărut pentru prima dată în 1918; după mai multe modificări, versiunea finală a fost publicată în 1936.

În afară de descrierea diferitelor tipuri de climă, el a fost familiarizat și cu paleoclimatologia. În 1924, el și ginerele său, Alfred Wegener, au publicat o lucrare intitulată Die Klimate der Geologischen Vorzeit (Climatele din trecutul geologic), oferind un sprijin crucial teoriei lui Milanković cu privire la ere glaciare. De asemenea, în 1911 a scris împreună cu Köppen The Thermodynamics of the Atmosphere (Termodinamica atmosferei), un manual care a devenit foarte popular.

Pe la sfârșitul vieții sale, Köppen a colaborat cu climatologul german Rudolf Geiger pentru a produce o lucrare în cinci volume, Handbuch der Klimatologie (Manual de climatologie). Lucrarea nu a fost niciodată finalizată, dar au fost publicate mai multe părți, dintre care trei de către Köppen. După moartea lui Köppen în 1940, Geiger a continuat să lucreze la modificări ale sistemului de clasificare a climei.

Köppen a fost un om de știință prolific, producând peste 500 de lucrări, și și-a păstrat curiozitatea intelectuală și gama largă de interese pe tot parcursul vieții. În 1890, a fost coautor al primului atlas de nori. Pe lângă activitățile științifice, s-a implicat activ în probleme sociale, dedicându-și mult timp și energie unor probleme precum amenajarea teritoriului, reforma școlară și alimentația persoanelor defavorizate. A fost un susținător puternic al folosirii limbii esperanto pentru cauza păcii mondiale, traducând mai multe dintre publicațiile sale în esperanto.

A avut o soție, Marie, și cinci copii, inclusiv fiica Else. Sora lui Marie, Sophie și copiii ei s-au mutat cu familia Köppens în 1888.

.