天水市属温带大陆性气候，城区附近属温带半湿润气候，年平均气温为11.5℃。最热天气是7月份，最高温度为33．4℃；最冷天气是1月份。每年9月至11月，是天水市全年最佳旅游季节。
年平均降水量574毫米，自东南向西北逐渐减少。中东部山区雨量在600毫米以上，渭河北部不及500毫米。年均日照2100小时，渭北略高于关山山区和渭河谷地，日照百分率在46—50%，春、夏两季分别占全年日照的26.6%和30.6%，冬季占22.6%。冬无严寒，夏无酷暑，春季升温快，秋多连阴雨。气候温和，四季分明，日照充足，降水适中。