Климат автономного округа умеренный континентальный. Отличается резкой переменой погоды весной и осенью, перепадами температур в течение суток. Зимы продолжительные, снежные и холодные. Морозы могут установиться на несколько недель при температуре воздуха ниже минус 30 градусов. Лето короткое и теплое.
На формирование климата существенное влияние оказывают защищенность территории с запада Уральским хребтом и открытость территории с севера, способствующая проникновению холодных арктических масс, а также равнинный характер местности с большим количеством рек, озер и болот.