乌苏地处北温带干旱地区,属典型大陆性气候。其特征为:冬夏长,春秋短,四季分明,年内温差变幅大,光照充足;降雨稀少,蒸发强烈,相对湿度小。夏季有干热风,冬季常有寒流入侵。由于南北地形高差超过4000米,因而境内气候又形成明显垂直分布的不同小气候区。气候从南到北大致分为山地气候、山麓气候、平原气候和荒漠气候4个气候区。全年可能日照时数4444小时,实际日照时数2600~2800小时。极端最低气温为-37.5℃,极端最高气温为42.2℃,气温年较差为42.8℃。降水主要受大西洋和北冰洋冷湿气流的控制。当冷湿气流从西部或西北部翻越准噶尔西部界山以后,在精河一带和车排子—克拉玛依一线,形成荒漠性较强的少雨区,平原地区春、夏多风,夏季高温干旱,裸地平均年蒸发量超过2000毫米。