Den ekstremt tette atmosfæren består i hovedsak av karbondioksid og en liten mengde nitrogen. Den atmosfæriske massen er 93 ganger så stor som jordens mens trykket ved planetens overflate er 92 ganger trykket ved jordens overflate – et trykk som tilsvarer trykket ved ca. 1 km havdyp. Tettheten ved overflaten er omtrent 65 kg/m³ (6,5 % av tettheten i vann). Den CO₂-rike atmosfæren og de tykke skyene av svoveldioksid, genererer den sterkeste drivhuseffekten i solsystemet og skaper en overflatetemperatur på over 460 °C. Dette gjør overflaten varmere enn Merkurs, som har en minimum overflatetemperatur på -220 °C og en maksimum på 420 °C, selv om Venus ligger nesten dobbelt så langt fra solen og bare mottar 25 % av den mengden Merkur mottar av solens irradians. Overflaten er ofte sagt å ligne helvete.