Внутренние районы Западного Казахстана отличаются довольно суровым резко-континентальным климатом с жарким летом и морозной, малоснежной зимой. Климат периферийных регионов, в особенности побережья Каспийского моря, более мягкий, со средней температурой января около −3 °C.
Значительную часть Западного Казахстана занимают равнинные степи и низменности. Речная сеть (Урал, Волга, Эмба) относятся к бассейну внутреннего стока, много бессточных, солёных озёр.