Большая часть территории округа расположена за Северным полярным кругом. Поэтому климат здесь суровый, субарктический, на побережьях — морской, во внутренних районах — континентальный. Продолжительность зимы до 10 месяцев.
Средняя температура января — от −15 °C до −39 °C, июля — от +5 °C до +10 °C. Абсолютный минимум зарегистрирован — −61 °С, абсолютный максимум — +34 °С. Осадков 200—500 мм в год.
На Чукотке было зарегистрировано множество климатических рекордов: минимум часов солнечного сияния, наименьший для этих широт радиационный баланс, максимум среднегодовой скорости ветра и повторяемости ураганов и штормов в России (мыс Наварин)[14].
Вегетационный период в южной части округа — 80—100 дней. Повсеместно распространена вечная мерзлота.