Sammenlignet med den i vest tilgrensende Sonoraørkenen er høydeforskjellene i Chihuahua markant større; de varierer mellom 600 og 1675 meter. Ved dette er sommeren vesentlig mildere enn i Sonoraørkenen. Gjennomsnittstemperatur i juni er mellom 35 og 40 °C, om vinteren kan det i høyden bli nokså kaldt. Det kan regne i ørkenen, og klart mer enn i de omliggende ørkener (Sonora, Mojaveørkenen, Great Basin), skjønt klart under 250 millimeter. Det meste av nedbøren kommer i korte og kraftige regnskyll (som i en lokal -fase om sensommeren). Det kan falle snø på de aller største høydene.