На территории ЯНАО выделяют три климатические зоны: арктическая, субарктическая и зона северной полосы Западно-Сибирской низменности. Климат формируется из наличия многолетней мерзлоты, близостью холодного Карского моря, обилием заливов, рек, болот и озер. Среднегодовая температура воздуха отрицательная, на Крайнем Севере она достигает минус 10 °C. Минимальные температуры зимой опускаются до минус 70 °C. Летом, в июле, на всей территории температура может повышаться до плюс 30 °C. Наблюдаются частые магнитные бури, сопровождаемые полярным сиянием.
Климат арктической зоны характеризуется длительной, холодной и суровой зимой продолжительностью до 8 месяцев с сильными бурями, морозами и частыми метелями, небольшой величиной снежного покрова, очень коротким летом (до 50 дней) и сильными туманами. Южная часть Ямальского полуострова, находящаяся в субарктической зоне, характеризуется резко континентальным климатом с осадками в виде дождей, лето продолжительностью до 70 дней. Климат северной (таежной) полосы Западно-Сибирской низменности резко континентальный, средняя температура воздуха здесь выше, лето довольно теплое и влажное, длится до 100 дней.