盆地气温东高西低,南高北低,盆底高而边缘低,等温线分布呈现同心圆状。盆地边缘山地气温具有垂直分布特点,如峨眉山、金佛山海拔升高百米,气温递减0.55℃和0.61℃。峨眉山顶年均温仅3℃,10℃以上活动积温586℃,气候上相当于寒温带和亚寒带。
四川盆地年降水量1 000~1300毫米,盆地边缘山地降水十分充沛,如乐山和雅安间的西缘山地年降水量为1 500~1800毫米,为中国突出的多雨区,有“华西雨屏”之称。但冬干、春旱、夏涝、秋绵雨,年内分配不均,70%~75%的雨量集中于6~10月。最大日降水量可达300~500毫米。“巴山夜雨”自古闻名,夜雨占总雨量的60%~70%以上。盆地区雾大湿重,云低阴天多。峨眉山、金佛山是中国雾日最多地区,年相对湿度之高也为中国之冠。盆地年日照仅900~1 300小时,年太阳辐射量为370~420千焦耳/平方厘米,均为中国最低值,故有“蜀犬吠日”之说。
盆地中植物近万种,古老而特有种之多为中国其他地区所不及。在盆地边缘山地及盆东平行岭谷尚可见水杉、银杉、鹅掌楸、檫木、三尖杉、珙桐、水青树、连香树、领春木、金钱槭、蜡梅、杜仲、红豆杉、钟萼木、福建柏、穗花杉、崖柏、木瓜红等珍稀孑遗植物与特有种。在湿热河谷可见桫椤、小羽桫椤、乌毛蕨、华南紫萁、里白等古热带孑遗植物。已在金佛山和缙云山分别设立了自然保护区。