Западная Сибирь отличается континентальным климатом, который формируется под воздействием воздушных масс преимущественно арктического происхождения. В летнее время арктический воздух, поступающий в тылах северных циклонов, взаимодействует с прогретым континентальным воздухом, вызывая образование облачности и осадков. В более редких случаях на территории Западной Сибири наблюдаются вхождения влажных атлантических и сухих среднеазиатских воздушных масс. Зимой сюда поступает континентальный холодный воздух из центральных районов Сибири по западной окраине Азиатского антициклона и атлантический воздух с циклонами из Арктики.
Главные пути циклонов проходят по северным районам Западной Сибири, поэтому здесь наблюдаются большая облачность, сильные ветры и обильные снегопады. Зима длительная и суровая, с низкими температурами воздуха. С ноября по март бывают морозы ниже —30 °С. Период без заморозков продолжается 2—3 мес, но в некоторые годы заморозки наблюдаются и в середине лета. В средней полосе Западной Сибири лето тёплое, но более короткое, чем на тех же широтах на Европейской части Союза. Средняя температура июля 15,5—18 °С. Отрицательные температуры удерживаются около 6 мес. Средняя температура января около —20 °С, бывают морозы до —45 °С. Зимняя погода неустойчива: суровые морозы при затишьях и ясном небе прерываются резкими потеплениями (с повышениями температуры на 15—20 °С) , сопровождающимися буранами. В южной части Западной Сибири, особенно в целинных районах, континентальность климата увеличивается. Зимы здесь продолжительные, с сильными ветрами и буранами. В среднем они на 10 °С холоднее, чем на тех же широтах Восточно-Европейской равнины. Абсолютный минимум температуры достигает — 50 °С.
Осадков за холодный период выпадает менее 100 мм, высота снежного покрова невелика (20—30 см) и почва промерзает на большую глубину. Лето продолжается около 3 мес, средняя температура июля 20—22 °С, максимальная превышает 40 °С. Относительная влажность воздуха незначительна (менее 50% в дневные часы) . Часто наблюдаются засухи и суховеи, иногда — пыльные бури. В целом на территории Западной Сибири отмечаются большие климатические контрасты, обусловленные её огромной протяжённостью с С. на Ю. Среднегодовая температура воздуха на С. —10 °С, на Ю. 1—2 °С. Осадков выпадает от 200—350 мм в год в тундровой и степной зонах до 500—600 мм в лесной зоне. В горах Алтая и Урала увлажнение возрастает. На наветренных западных и северо-западных склонах выпадает местами свыше 1000 мм осадков в год, на юго-восточных склонах и в межгорных впадинах их сумма уменьшается до 100—300 мм. Температуры воздуха с высотой понижаются на 5—10 °С. В межгорных впадинах наблюдаются инверсии температур с застоем холодного воздуха в зимние месяцы.
В июне и июле западные циклоны приносят дожди, часто ливневые. Летом выпадает наибольшее количество осадков — до 70% годовой нормы. Самое большое количество осадков приходится на июль (иногда на июнь) .
В начале августа, как правило, бывают похолодания, температура воздуха и воды в водоемах падает. Во второй половине месяца на поверхности почвы возможны заморозки. Они не наносят вреда плодово-ягодным культурам, но бывают опасны для овощей и цветов.
В конце августа — начале сентября приток солнечной радиации уменьшается, среднесуточная температура падает до +15°. Велика вероятность наступления заморозков, но движение теплых воздушных масс с юга способствует повышению температуры до +30° даже во второй половине сентября. Периоды потепления в сентябре бывают продолжительными — иногда до двух недель, что благоприятно сказывается на подготовке плодово-ягодных растений к зиме. В начале октября среднесуточная температура воздуха резко падает до +5°, что говорит об окончании вегетационного периода. В сентябре и октябре выпадает значительное количество осадков.