吐鲁番市属于典型的大陆性暖温带荒漠气候，日照充足，热量丰富但又极端干燥，降雨稀少且大风频繁，故有“火洲”、“风库”之称。
这里全年日照时数为3000-3200小时左右，比中国东部同纬度地区多1000小时左右，太阳年辐射量139.5-150.4千卡/平方厘米，比同纬度的华北、东北地区多15-20千卡/平方厘米，仅次于青藏高原。
全年平均气温13.9℃，高于35℃的炎热日在100天以上。
夏季极端高气温为49.6℃，地表温度多在70℃以上，有过82.3℃的纪录。
当地素有“沙窝里烤熟鸡蛋”、“石头上烤熟面饼”之说。
冬季极端最低气温-28.7℃；日温差和年温差均大，全年10℃以上有效积温5300℃以上，无霜期长期达210天左右。
由于气候炎热干燥，这里干旱少雨，年平均降水量仅有16.4毫米，而蒸发量则高达3000毫米以上。