Климат на территории Воронежской области умеренно-континентальный со среднегодовой температурой от +4,7 °C на севере области, до +6,9 °C на юге. Абсолютные минимумы температуры зафиксированы в январе - феврале: -40... -43 °C на севере и -35... -38 °C - на юге. Абсолютные максимумы в июле до +43 °C. Весной и осенью могут наблюдаться заморозки.
Количество осадков, выпадающих на территории области, изменяется в целом с северо-запада на юго-восток и восток от 550 мм и более до 450 мм и менее. В отдельные годы количество осадков может значительно меняться, что связано с особенностями циркуляции воздушных масс. В среднем 2 - 3 раза за 10 лет наблюдаются годы с малым количеством осадков, что провоцирует появление засух. Основная масса осадков в Воронежской области выпадает в теплый период года (60 - 70%). Снежный покров в среднем имеет толщину около 20 см: 16 - 20 см на юге области, 19 - 30 см на севере. Устойчивый снежный покров устанавливается 4 - 16 декабря, сходит снег при переходе среднесуточной температуры через ноль в апреле. Среднее число дней со снегом в южных районах - 100 - 110, на остальной территории - 115 - 130. Весной снег быстро тает, образуя за короткий промежуток времени до 70% годового стока и активизируя эрозионные процессы.
Рельеф Воронежской области равнинный, поэтому значительных климатических изменений, связанных с ним, не наблюдается.
Воронежская область относится к областям с ограниченными ресурсами поверхностных вод. Водный фонд области представлен реками, озерами, водохранилищами, прудами и подземными источниками.
В области протекают 829 рек общей протяженностью 11 тыс. км. Относительно устойчивый водный режим в меженный период имеют реки длиной 10 км и более. Количество таких рек в Воронежской области составляет 223 общей протяженностью свыше 7 тыс. км.
Главной водной артерией является река Дон.
Текущее изменение климата России в целом следует охарактеризовать как продолжающееся потепление со скоростью, более чем в два с половиной раза превышающей скорость глобального потепления. Изменение климата не сводится лишь к повышению средней температуры воздуха у поверхности Земли, но проявляется во всех компонентах климатической системы, в том числе в изменениях гидрологического режима, экстремальности климата.
Согласно оценкам, полученным с помощью современных климатических моделей, в течение всего XXI века Россия останется регионом мира, где потепление климата существенно превышает среднее глобальное потепление. Ожидаются значительные изменения других климатических характеристик.
В последнее время засухи на территории области повторяются все чаще и становятся все более сильными.