阳原县属于东亚大陆性季风气候中温带亚干旱区。太阳辐射最大值出现在南北两山阳坡，丘陵和河川次之，南北两山阴坡最小。由于地理位置和地形影响，本县气候四季分明，春季（3～5月）受较强冷空气影响，天气多变，干旱少雨，风天较多，气候干燥；夏季（6～8月）由于受西太平洋副热带高压暖湿气流影响，气候温暖湿润，降水集中，形成雨热同季，受特有地形影响，易产生雷雨、冰雹、大风等强对流天气；秋季（9～11月）随着东南暖湿气流逐渐减退，蒙古高压又重新建立并逐渐加强，天气晴朗，降水明显减少，早晚凉爽，中午干热，昼夜温差大；冬季（12～2月）因受蒙古冷高压控制，天气寒冷漫长，干燥、晴朗、少雪，当有强大的冷空气南下时，会出现大风、寒潮天气。本县是一个山区县，最高海拔2045.9米，最低海拔770米，平均海拔约1100多米。俗话说：“山高一丈，（气候）大不一样”，山地区域无论在垂直方向上还是在水平方向上气候都有较大变化。另外，本县位于恒山余脉和阴山余支包围中，四面环山，中间低平，山体对来自北方的干冷空气有阻挡减弱作用，对来自南方的暖湿空气有抬升阻挡作用，山体减弱了冷暖空气在河川地区相遇的机率，因此，在河川地区形成一个少雨（雪）高温区，在南北山区形成一个多雨（雪）低温区。
   阳原县年平均气温为7.7摄氏度，最热月份为7月份，平均气温为23.0摄氏度，最高气温39.2摄氏度，出现于2005年6月22日。最冷月份为1月份，平均值气温-10.2摄氏度，最低气温-30.4摄氏度，出现于1966年12月22日。