Klimaet varierer med regionene. Den sørvestlige Fergana-dalen er subtropisk og ekstremt varm om sommeren med temperaturer opp mot 40 °C. De nordlige høydene er tempererte, og Tian Shan varierer fra tørt kontinentalt til arktisk klima, alt etter høyden. I de kaldeste områdene er temperaturen under frysepunktet i rundt 40 dager om vinteren, og selv noen ørkenområder opplever konstant snøfall i denne perioden.