Климат умеренно-континентальный. Отличается жарким летом и холодной малоснежной зимой. Континентальность возрастает с северо-запада на юго-восток. Особенно это заметно на распределении осадков: правобережная часть получает больше осадков на тех же широтах, чем Заволжье. Средняя температура января на юго-западе -11°С, на северо-востоке -14°С, июля - на северо-западе +20°С, на юго-востоке +24°С. Осадков на северо-западе около 450 мм в год, на юго-востоке 250 мм в год. Продолжительность вегетационного периода на севере области 127 суток, на юге до 150 суток.