于1975年至2007年期间任职于美国国家海洋暨大气总署从事气象学研究，曾投入研发静止环境观测卫星SMS-1，乃全球首批投入气象卫星的研究人员之一，并透过侦测南极臭氧层空洞等。留学期间，同时参与党外运动，推动台湾民主化，为台湾独立运动的主要参与者。在中国国民党独裁戒严时代长期列名海外黑名单中，乃至双亲过世时仍无法返回台湾。1992年当选侨选立法委员，1993年当选台南县县长到2001年卸任。2002年再度当选立法委员。2004年到2006年出任外交部长。2012年立委选举陈唐山获民进党征召参选台南市第五选区