本区宏观上属于暖温带半湿润气候,全年气候变化受东亚季风(包括高原季风)控制。冬季,处于强大的西伯利亚·蒙古高气压南侧,受制于极地大陆气团,天气寒冷干燥;夏季,处印度低气压和印缅低压槽的东北部与西太平洋副热带高气压西侧,热带海洋气团和极地大陆气团常在本区上空交绥,或被单一的热带海洋气团控制,温热多雨和炎热干燥天气交替出现;春、秋二季处在冬夏季风调整交替的过渡时期,使春季升温迅速且多变少雨,秋季降温迅速又多阴雨连绵,成为关中秋季连阴雨最多的地区。
因本区地表结构复杂,海拔高度差异悬殊,气候的经向差异和垂直差异都很显著。北部为低山丘陵气候,中部为渭河平原以及川、塬气候,南部和西部分为秦岭山地气候和关山山地气候。太白山等高山地带,由于海拔高,常形成显著的山地垂直气候带。而山间盆地、谷地又常常形成富于本身特点的特殊气候。