吐魯番市屬于典型的大陸性暖溫帶荒漠氣候，日照充足，熱量豐富但又極端干燥，降雨稀少且大風頻繁，故有“火洲”、“風庫”之稱。這里全年日照時數為3000-3200小時左右，比中國東部同緯度地區多1000小時左右，太陽年輻射量139.5-150.4千卡/平方厘米，比同緯度的華北、東北地區多15-20千卡/平方厘米，僅次于青藏高原。全年平均氣溫13.9℃，高于35℃的炎熱日在100天以上。夏季極端高氣溫為49.6℃，地表溫度多在70℃以上，有過82.3℃的紀錄。當地素有“沙窩里烤熟雞蛋”、“石頭上烤熟面餅”之說。冬季極端最低氣溫-28.7℃；日溫差和年溫差均大，全年10℃以上有效積溫5300℃以上，無霜期長期達210天左右。由于氣候炎熱干燥，這里干旱少雨，年平均降水量僅有16.4毫米，而蒸發量則高達3000毫米以上。