Sør-Dakota har et typisk innlandsklima med fire forskjellige årstider, som spenner fra kalde, tørre vintre til varme, halvfuktige somre. Om sommeren er den normale maksimaltemperaturen ofte opptil 32 °C, men kjøles ned til rundt 16 °C om natten. Det er ikke uvanlig med svært varme perioder om sommeren med temperaturer på over 38 °C flere ganger i året. Vintrene er kalde, og den normale maksimaltemperaturen i januar ligger under frysepunktet, mens minimumstemperaturen ligger under −12 °C over det meste av delstaten. Den høyeste temperaturen som er målt, er 49 °C i Usta i Perkins County den 15. juli 2006, og den laveste er −50 °C i McIntosh i Corson County den 17. februar 1936.