大通河流域在西北内陆，气候受东南海洋季风的影响和蒙古高压的控制，具有典型的大陆性气候特点：冬长暑短、雨热同季、日照时间长、降水少、蒸发大、气侯垂直分布明显，昼夜温差大。蒸发量和气温随高程的增加而减少和降低、降水量和湿度随高程的增加而递增；中下游降水集中在汛期，5～9月降水量占全年降水量的80%以上。