周至县属暖温带大陆性季风气候。冬季气候寒冷干燥，气温低，降水少。春季暖气团渐强，气温上升，降水增加。夏季天气炎热，暖湿气团凝云致雨，多雷暴，间有冰雹。秋季连阴多雨。周至县受地貌影响，山原高差3000余米，高峰低谷，气候垂直变化明显，南北差异显著。山区属湿润地区，四季中，夏短而炎热，冬长而寒冷，夏秋低温多雨，春冬雪掩青山。平原属半湿润地区，四季分明，冬夏稍长，春秋稍短，日照充足，气温、降水年际变化大。春季多风，夏季多伏旱，秋季多阴雨，冬季干冷少雨雪。
太阳辐射总量（光量）平原：109.68千卡/平方厘米。年际变化，5—8月较大；季节变化夏季最强。6、7月太阳总辐射每日430卡/平方厘米以上；9、10月温度高，云雨多，日照少，总辐射锐减。
周至县平原年平均气温13.2℃，1月最冷，月平均气温—1.2℃；7月最热，月平均气温26.5℃。
深山区年平均温度：双庙为6.4℃，厚畛子8.4℃。
山区年平均气温：在海拔576米的低山区木匠河口为12℃，在海拔1109米的中山区板房子为10℃，在海拔1500米的中山区黑河上源钓鱼台为8.4℃，在海拔1975.8米的四方台双庙气象站处为6.4℃。年平均气温与平原仅差1.1℃。
周至县降水量趋势是由南向北递减，山区由低向高递增。表现为地区差异大，年内变化大，年际变化亦大的规律。地区差异是：多年平均降水量山区为850.52毫米，平原为699.98毫米。从降雨特点上看，夏季多以暴雨形式出现，雨日少，雨势猛，强度大，往往出现洪灾或伏旱，秋季常出现连阴雨，雨日多，强度小，雨势缓。据记载最大30日降水量为563.9毫米，占多年平均雨量的66.26，因之洪涝灾害比较频繁。冬春季节，雨雪稀少，多出现春旱。
周至县在6、7月内几乎天天都有，一般风速8—15米/秒。平原大风除1月和12月未有外，其余各月都有发生。山区大风1—12月均有发生，平原以6、7月最多，山区以3、4月最多。
周至县秦岭北属黄河流域，1公里以上的峪沟52条，形成河流15条，其集雨面积100平方公里以上2条，50—100平方公里6条，50平方公里以下7条。河流特点为山区部分河床陡峻，山谷高深，水流急湍；出峪后河床比降变缓，水面扩散，流向呈东北方向，汇入渭河。县内秦岭南渭水河属长江流域。
周至河流密布，河流名称古今变异不大。但水系组合与河道平面形态变化较大。从水系组合来看，古代黑河、田峪河、沙河、就峪河、仰天河、阳化河、干干河、赤峪河等单独入渭，为渭河支流，而后仰天河、阳化河、干干河成为清水河的支流；田峪河、沙河、就峪河、赤峪河等成为黑河的支流。从河道的平面形态来看，平原各河，是河流的下游段，两岸地势平坦，横向摆动幅度较大，具有游荡河流的特征。
周至的湖泊、陂塘、水库亦不少。分布在太白山海拔3000米以上的二爷海、三爷海、玉皇池、三清池等，是华中地区最高的湖泊群。
