由于沁水县地形复杂，海拔高度相差悬殊，因此造成了东西区域不同的气候特征。西部海拔最高2358米，东部海拔最低580米，基本形成西高东低的走向。年平均气温10.8℃，极端最高气温38.6℃，极端最低气温－18.0℃；年降水量566.9毫米；无霜期204天，常年最多风向WNW。

沁水县地处中纬度地区，属于暖温带季风气候，主要特征是大陆性气候明显，四季分明，冬长夏短，雨热同季，季风强盛，春季干燥多风，十年九旱，夏季炎热多雨，雨热不均，秋季温和凉爽，阴雨稍多；冬季寒冷寡照，雨雪稀少，地方性风盛行。

春季是在3—5月，这个季节气温回升快，昼夜温差显著，冷暖年际变化也较大。由于冷空气活动频繁，常造成“倒春寒”和晚霜冻。同时，春旱也比较严重，风沙天气较多，八级以上大风日数占全年的36％以上。5月中下旬还会出现对冬小麦有影响的干热风。

夏季是在6—8月，日照时间长，辐射强度大，气温较高。季平均气温均在22℃以上。降水比较集中，季降水量约占全年降水量的55%，季降水日数约占全年降水日数的40%。降水量季变化大，故常发生洪涝灾害或伏旱。同时，多雷阵雨、大风、冰雹等强对流天气，常给工农业生产造成损失。

秋季是在9—11月，这时雨量骤减。天气较稳定，气候宜人。但入秋后日照时间缩短，辐射强度减弱，气温明显偏低。晚秋常出现强烈的寒潮，造成早霜，威胁秋作物的成熟；10—11月，还经常出现大雾天气，对交通以及空气质量都有不利的影响。

冬季是在12月—次年的2月，由于受高压控制，沁水县内盛行偏北和偏西气流，冷空气活动频繁，气候寒冷干燥，多晴天。降水稀少，季降水量约占全年降水量的4%，降水日数平均有11.2天，常常一个月以上没有降雪。