Русская равнина почти полностью расположена в пределах умеренного климата.
Лишь крайний север находится в субарктическом климате.
Континентальность на равнине нарастает к востоку и особенно к юго-востоку. Осадки приносятся западными ветрами (круглый год) с Атлантики. По сравнению с другими крупными равнинами нашей страны она получает наибольшее количество осадков. В полосе максимального увлажнения находятся истоки крупных рек Русской равнины: Волги, Северной Двины. Северо-запад равнины – один из озерных краев России. Наряду с крупными озерами — Ладожским, Онежским, Чудским, Ильменским — здесь имеется масса мелких озер, преимущественно ледникового происхождения. На юге равнины, где циклоны проходят редко, осадков выпадает меньше. Летом нередко бывают засухи и суховеи.
Все реки Русской равнины имеют преимущественно снеговое и дождевое питание и весеннее половодье. Реки севера равнины более многоводны, чем южные. В их питании значительную роль играют грунтовые воды. Южные реки маловодны, доля грунтового питания у них резко сокращается. Все реки Русской равнины богаты энергоресурсами.
Особенности рельефа и климата Русской равнины обуславливают четкую смену природных зон в ее пределах с севера-запада на юго-восток от тундр до пустынь умеренного пояса. Здесь прослеживается самый полный набор природных зон по сравнению с другими природными районами страны.