1951年1月，任阵海进入北京大学物理系，学习大气物理专业。1955年，本科毕业。

1957年10月，进入中国科学院地球物理研究所（现中国科学院地质与地球物理研究所），就读研究生。

1962年3月，加入中国共产党。1963年10月，研究生毕业获得硕士学位。

1964年11月，进入中国科学院大气物理研究所工作（至1981年3月）。

1966年7月，任阵海带队参加试验基地湍流污染和大地电位探测任务，在基地工作一年。

1973年3月26日，经任阵海建议，大气物理研究所向院申请在北京德胜门外土城建设325米高的大气污染监测气象观测塔。10月正式建立了大气边界层物理与大气湍流研究室，在任阵海等带领下研究大气湍流扩散问题。

1978年，晋升为副研究员。

1981年3月，进入中国环境科学研究院工作，担任研究员。

1995年，当选中国工程院院士，隶属于环境与轻纺工程学部（大气污染防治）。

2011年12月，在第18届中国大气环境科学与技术大会上获得终身成就奖。

2015年12月，任阵海院士工作室在萧山落户。

2018年1月19日，山西省气象科学研究所院士专家工作站揭牌并启动工作，引进以任阵海院士及其专家团队为主的高端人才，成立了以环境气象为重点研究领域的院士专家工作站。

20世纪50年代，任阵海参加战略作物防害工程发现致害诱因，此后从事云雾催化工程，筛选催化剂，实施最早云中催化，受命组织军事环境科学研究，负责核试验场边界层污染实验。在中国三线建设时期，负责十余座山区及临海基地的选址及环境规划实验，与团队撰写了最早的山区空气污染专着等。在长期研究实践及调研基础上，团队认识到中国大气污染研究，应紧迫地提上日程，并认为“环境”是独立发展的学科。负责组织中国首次中尺度区域性大气环境综合立体观测、设计建立包括地面监测网多要素同步监测、超低空航测、远红外探测、声雷达布阵等多种先进手段的综合观测系统，以后在多个重要城市地区实施，并用于中国酸沉降及生态环境影响的研究。组织发展探测实验技术、研发都卜勒声雷达（批量生产），等容气球及其甚高频都卜勒多目标跟蹤系统，最早组织大气颗粒物沉降速度测量和SO2转化率实验，填补了当时该领域的空白。

在任阵海倡议下组建大气环境实验基地，参加总体设计建立中国首座大气环境监测专用铁塔，迄今仍为国内高度最高并装配探测技术设备。最早利用辐射监测资料反演大气颗粒物时空分布特徵。建立大气环境容量理论，解决了环境规划控制的难点，并套用于多个区域性经济与环境的调控对策；首次揭示中国与跨国大气输送巨观规律，为应对国际争端提供科学依据。创立了大气环境资源背景场。主持气候变化对中国环境影响的研究，并向联合国提交国家报告。组织卫星资料反演研究，参加沙尘暴研究。本研究组建立大气环境过程概念，发现大气污染汇聚带，建立三律（累积、输送、清除）方法。同化有关资料构建欧拉场确定地区的污染範围及输送通道。通过研究实践，认为大气环境污染的实质是中尺度问题，发展滤波技术揭示中尺度地区性污染特徵等。

截至2014年，任阵海在中国科学院大气物理研究所、中国环境科学研究院、北京工业大学一共培养了3名博士、4名硕士，根据中国科学技术信息研究所、国家工程技术数字研究馆信息、全国图书馆参考谘询联盟，任阵海培养学生情况如下：

任阵海倡议建立大气环境实验基地，创造性地解决建立适宜模型、发展探测技术、获取综合参数等关键问题，在国内最早组织了大气颗粒物沉降速度测量和SO2转化率实验，填补了学科空白，提出了大气环境容量理论，解决了环境规划、污染控制的难点。首次揭示了中国与跨国大气输送巨观规律；创立了大气环境资源背景场。（中国环境科学研究院环境基準与风险评估国家重点实验室评）