汉中属于北亚热带气候区，北有秦岭、南有大巴山脉两大屏障，寒流不易侵入，潮湿气流不易北上，气候温和湿润、干湿有度。
气温：区内气温的地理分布，主要受制于地形。年均气温14℃。西部略低于东部，南北山区低于平坝和丘陵。海拔600米以下的平坝地区年均气温在14.2～14.6℃；一般海拔1000米以上的地区年均气温低于12℃；西嘉陵江河谷年均气温高于13℃。
降水：汉中地区地处北半球中纬度，形成全年降水的暖湿空气，主要来自印度洋孟加拉湾，其次是西太平洋。夏季，在副热带高压影响下，孟加拉湾水汽沿西南低涡下部的西南季风北上，经西藏、云南及四川西北部到达本区上空；西太平洋水汽随副热带高压边缘的东南气流输入本区上空。冬季，受极地大陆冷气团（主要是蒙古高压）控制，多西北季风，形成寒冷干燥少雨的天气。春秋为过渡季节，春暖少雨，秋凉多雨，气候湿润。地面植被、水库、河流、田园等所蒸发于空间的水汽参与降水甚微。来自西南、东南的暖湿气流受巴山、秦岭阻隔，使得区内雨量充沛，但由于两山位于西南气流的路径上，由于中低层云系的水汽系统辐合，以及地形抬升和山地垂直影响，使本区南北承接水汽不等，降水量分布悬殊，多年平均降水量为700～1700mm之间。其中南部米仓山最为丰富，成为陕西之冠。
湿度：整个汉中地区年平均相对湿度分布态势，基本呈南大北小。汉江平坝、巴山山地70～80%；秦岭山地73%。一年中冬春两季较小，夏秋较大。9、10月为全年之冠，均在80%～86%；冬季（12、1、2月）三个月汉江平坝、巴山山地为75%～80%；秦岭山地58%～66%。
风：区内年均平均风速介于1-2.5米/秒之间。鲜见大风天，年均不到2天，周边郊县则有不同。
