Область расположена в умеренном климатическом поясе. Климат региона - умеренно континентальный, характеризующийся умеренно холодной зимой и теплым летом. Средняя температура января - минус 10 - 11 град. C; июля - +19 - 20 град. C. Осадков выпадает от 575 мм на северо-западе региона до 470 мм на его юго-востоке, причем на юго-востоке в засушливые годы гидротермический коэффициент приближается к единице, хотя в целом по области климат гумидного типа. Большая часть осадков (70%) выпадает в безморозный период; их максимум приходится на июль. На климат области оказывают заметное воздействие арктические и атлантические воздушные массы, а также антициклоны, формирующиеся над самой Восточно-Европейской равниной.
Поскольку область расположена на северо-западном и северо-восточном склонах Среднерусской возвышенности, для нее характерна климатическая асимметрия, что объясняется меридиональным простиранием самой Среднерусской возвышенности и преобладанием западного переноса воздушных масс.
Основными климатическими особенностями региона являются:
1. Повышение континентальности климата по направлению с северо-запада на юго-восток.
2. Повышение суммы температур и числа дней с высокой температурой в этом же направлении. Разница суммы температур между городами Алексин и Ефремов достигает 3000 град., что сопровождается увеличением вегетационного периода примерно на 10 дней, а по некоторым данным - даже на 20 дней.
3. Количество осадков уменьшается также при движении с северо-запада на юго-восток, что связано с ослаблением действия циклонов. Западные склоны и водоразделы Среднерусской возвышенности в теплый период (апрель - октябрь) получают на 70 - 100 мм осадков больше, чем восточные. В целом за год это различие увеличивается до 150 мм.
4. На территории области четко выражена смена сезонов года. При этом наибольшее количество осадков выпадает летом, а наименьшее - зимой, что благоприятно сказывается на росте и развитии растений.