Город находится в зоне с континентальным климатом с умеренно холодной, малоснежной зимой и очень тёплым и солнечным летом. Средняя температура июля +23,3 °C. Среднегодовая температура составляет +8,9 °C.
Каждый год в Волгодонске в среднем выпадает 433 мм осадков.