Donaudeltaets klima er kontinentalt-temperert, særlig i indre strøk, med innslag av maritimt klima nærmere kysten. Deltaet er med 70 dager skyfritt vær og 2 500 timer solskinn per år, den tørreste og mest solrike regionen i Romania. Den årlige gjennomsnittstemperaturen er 11°C (-1°C i januar og 22°C i juli). Gjennomsnittsnedbøren er 400 og 300 mm/år, fallende fra vest til øst. Fordampningen er 1 000 mm/år, forsterket av de sterke og hyppige vindene, som medfører lange tørkeperioder om sommeren. De nordvestlige vindene forårsaker hyppige stormer om våren og høsten.