伊犁哈萨克自治州在远离海洋和群山环抱的影响下，具有典型的干旱气候特征，属寒温带半干旱的大陆性气候。由于地域辽阔，地形复杂，从天山到阿尔泰山，随着经度和位置高度的不同，各地又有独特的小气候特征。全州总的气候特征是：夏季短，冬季长；春季升温快但不稳定；秋季降温迅速。一般年份春季长于秋季30天左右。阳光充足，相对湿度低，蒸发量大。气温变化剧烈，日温差大。无霜期较短。降水量月、季、年度变化率大，山区多于平原，局部地区间差异大。风力因各地地形影响而表现不一。在灾害性天气方面，逢秋末、春初普遍受到冷空气入侵，气温急剧下降，有暴风雪。初冬有霜冻，夏季有暴雨、冰雹、干热风等灾害。

   自治州境内的气温，以地区来看，伊犁地区年平均气温为8－9℃，塔城地区年平均气温为7－8℃，阿勒泰地区年平均气温为0－4℃，，即气温随地势的增高而渐低。全年以1月份（山区2月份）最冷，7月份最热，平均年较差界于27－45℃之间，山区差值小，平原差值大；各地平均日较差在10－16℃之间，最大日较差在20－28℃之间。

   在光热方面，自治州太阳辐射通量年平均为5200－5600兆焦耳/平方米。阿勒泰地区纬度高，光热资源为5399兆焦耳/平方米，是自治州的低值区。伊宁市、霍城县一带太阳辐射通量为5563兆焦耳/平方米，是自治州光热资源高值区。能为植物利用的光合潜力全州一般为2600－2800兆焦耳/平方米。自治州境内年日照时数在2899－3158小时之间，日照比率平均为65％。

   自治州平原农区无霜期一般在150－180天。伊宁、沙湾两县最长为191天。山区为100－130天。

   自治州的降水量受大气环流和地形的影响，在西风急流带来的大西洋暖湿气流和南下的北冰洋气流共同作用下，遇西敞、北东南三面环山封闭地形成“三带四块”降水各异的特征。

   自治州境内蒸发量的总趋势是从南向北增大，全州年蒸发量是1259－2381毫米。蒸发量最大的是阿勒泰地区的黑山头，达2331毫米；蒸发量最小的出现在昭苏县，只有1209.5毫米。

   自治州境内的气压因海拔高度相差悬殊而表现不规则。凡海拔在1000米以上的地区，气压都在900百帕以下；凡海拔在1000米以下地区，气压都在900百帕以上。其年际变化无规律，且变幅不大。其日变化以清晨为最高，至午后最低，然后又开始上升，与气温日变化基本成反向变化。

   自治州境内的风速是北部大于南部。一年中的变化，一般从3月份增大，到11月份又减少。个别地区则相反。

   自治州境内的灾害天气主要是，逢春初、秋末普遍有冷空气或寒潮侵入，气温急剧下降，有暴风雪。初冬有霜冻，夏季有暴雨、冰雹、干热风等灾害。寒潮多出现在春、秋两季，入侵的途径主要来自北方或西方的强冷空气。侵入时间一般在9月底开始。雷暴和冰雹多发生在山区和前山地带，一般出现在4－10月，主要集中在5－8月。大风主要集中在4－10月。