怀柔区处于亚洲中纬度、暖温带、亚湿润、季风型大陆性气候区。四季分明，冬季受西伯利亚冷空气控制盛行西北风,寒冷干燥；夏季受海洋性气团影响， 多吹偏南风，温暖湿润;春秋为过渡季节。具有冬季寒冷雨雪少，春旱风大日照多，夏季炎热雨集中，秋爽风小光照足的显著特点。

1、降水
　　怀柔南部平原处于山前多雨区,年平均雨量661.5mm，多数为660～800mm，降水年内分配不均，夏季高度集中，6～8月份的多年平均降水量为499.0mm,占全年降水量的75％，降水年际变化较大，最多达1120.8mm(1969年)，最少为354.4mm(1962年)。最多与最少年相差766.4毫米。
　　北部汤河口地区6～8月份降水量为340.5毫米，占全年降水量的71%；冬季干旱雨雪少，12~2月降水极少，仅占全年降水量的1～2%，降水年际变化较大。

2、气温
　　怀柔区常年平均为6～12℃，其中平原地区的年平均气温为11.7℃。一年中 1月份最冷，其平均气温为 -5.0℃， 极端最低气温为 -21.3℃，出现于 2001年1月15日。夏季7月份最热(6月份干热， 7～8湿热)其平均气温为25.8℃，历史极端最高气温为41.0℃，出现于1961年6月10日。
北部山区汤河口谷地极端最低气温为-23.5℃,出现于1998年1月18日;极端最高气温为40℃,出现于1988年6月13日。

3、大风
　　年平均大风日数为19天。其中，3～5月多达7.9天，占全年42%，6～8月平均3.4天，占全年的18%。
　　冬半年盛行西北风，夏半年盛行东南风。瞬时最大风速为31米/秒，10分钟平均最大风速达19米/秒。

4、无霜期
　　无霜期随着海拔高度的增加而缩短，山前暖区约200天，初霜日为10月下旬，终霜日在4月上旬。北部谷地约170天，10月上旬出现初霜冻，终霜日终止于4月中下旬。

5、光能资源
　　全年日照2748～2873小时，年日照百分率为62%～65%，一年中5、6月份的日照时数为最多267～285小时，平均每天9小时左右；12月最少，仅有197～200小时，平均每天6.7小时，7～8月份正处于雨季，日照时数减少，平均每天约7.2～8个小时。日照百分率是全年的最低时段，只有48～56%。汤河口地区的全年日照多于平原地区。
　　平原地区气温大于等于0℃期间日照为2053.4～2100.6小时，大于等于10℃期间日照为1578.3～1608.3小时。
　　由于地形影响，本县热量分布不均，差异显著。全年大于等于0℃总积温2800～4610℃，东南部平原80%的保证率为4481.2℃,北部谷地80%的保证率为3893.2℃。北部谷地大于等于0℃积温为3900～4000℃。
　　稳定通过0℃的初日：平原地区为3月2日，北部谷地为3月11日；稳定通过0℃的平均终日：平原地区为11月26日，北部谷地为11月中旬初。

6、负积温
　　平原地区为-350.8℃,北部谷地达到-651.9℃。

7、灾害性天气

暴雨
　　多年平均7.9次,最多年份达到15次(1969年)，最少2次（1983年）；大暴雨年平均2次，最多年份达到7次（1969年），特大暴雨极少发生。暴雨一般出现于6～9月，集中于7、8两个月。1972年7月27日枣树林一日雨量多达479.2毫米，是全县日雨量之冠；其次，1991年6月10日，怀柔县东北部的长哨乡日降雨量达350毫米。

冰雹
　　冰雹的年变化。降雹年平均5.4次,最多的1997年降雹11次,最少的1967、1968、1981年仅1次，1980年7月降雹多达6次。
　　冰雹的月日变化。冰雹一般发生在5～9月，集中于6～8月，平原地区最早降雹在4月27日，最晚10月5日，1961～1989年中，仅在4月和10月各发生一次冰雹天气，平原少于山区。
　　冰雹日变化明显，一天内冰雹多发生在午后热对流旺盛时段，70～80%的冰雹降在下午3～6点钟。