朔州属温带大陆性季风气候，根据山西气候区划方案，属晋北温带寒冷半干旱气候区。主要特征是四季分明。春季雨雪少，风沙大，蒸发量大，经常出现干旱天气；夏季雨量集中，间有大雨、暴雨、冰雹等；秋季雨水少，早晚凉爽，中午炎热；冬季风多雪少，气候寒冷。
气温
朔州境内气温水平分布的规律是由东南向西北递减。年平均气温一般为3.9ºC～7.9ºC左右。1月份最冷，平均气温为零下14.9ºC～零下9.4ºC，极端最低气温零下40.4ºC（1971年1月21日）。从3月到5月，每个月气温平均升高8ºC左右。7月份为最热，平均气温为19.4ºC～22.3ºC，最高气温可达38.3ºC（1961年6月10日）。秋季每个月气温平均下降7ºC左右，一日之内最高气温多出现在下午l时至2时，最低气温多出现在日出之前。
日照
朔州地处黄土高原，日照充足。全年日照时数为2600小时～3100小时，年日照率为63％～65％。各月日照数以5月份和6月份最多，月平均281.9小时～284.2小时；11月～12月最少，月平均191.1小时～198.2小时。一日中，日照时数1月～2月和11月～12月每天平均6小时，3月和9月～10月每天平均7小时，4月和7月～8月每天平均8小时，5月～6月每天平均9小时。
辐射
年平均接受太阳辐射量为137.48千卡／平方厘米，其中5月、6月、7月三个月接受辐射量47.77千卡／平方厘米。
降水
全市多年平均（1956年～1984年）降雨量为421.2毫米，最大年降雨量为806.7毫米（1964年），最小年降雨量为193毫米（1965年）。受南太平洋及西印度洋暖湿气流和西伯利亚冷空气的影响，降水量在时空上分布极不均匀，一般是70％的水量集中在每年的6月～9月。按季分配，春季3月～5月的降水量约占全年的8％，夏季6月～8月约占65％，秋季9月～11月约占19％，冬季12月份至次年2月份约占7％。降水量在不同的地貌单元上分布也不一样，自西南山区向东部盆地逐渐递减，山丘降水量相对较大，多年平均在450毫米左右，平原区在400毫米左右。朔州干旱频繁，仅中华人民共和国成立以来出现春旱夏旱或春夏连旱的就有20多年，差不多每两年就出现一个旱年。
蒸发
全市多年平均蒸发量1700毫米～2300毫米，降水与蒸发之比在1:4～1:5之间。一年中，1月份最小，5月、6月为蒸发量旺盛期。
湿度
全市年平均相对湿度54％。7月、8月空气比较湿润，相对湿度也最大。相对湿度的日变化比较明显，最大值在日出之前，最小值在下午2时左右，与气温日变化正好相反。
风霜
年平均风速2.4米／秒～4.2米／秒。年均7级～8级的大风日数有14.3天～44.5天。最大风力达9级，最高风速22米／秒。历年8级或8级以上大风平均日数23天，一般多在春季，大风日数最多可达50天，沙尘暴日数是10天左右。
境内无霜期短，年均103天～140天。最长132天～162天，最短81天～122天。初霜最早年份出现在9月1日～10日，最晚年开始于9月28日，一般年开始于9月12日。春霜最早年份终止于5月11日，最晚年份终止于6月12日，一般年终止于6月1日左右。
冰冻
一般年份11月封冻，3月解冻，封冻期为152天左右。最大冻土深度105厘米～139厘米，平均122厘米。
