延边地处北半球中温带，不仅受亚洲大陆和太平洋高低气压季节变化的影响，而且又处于各种气团势力消长以及锋带季节移动的过渡带。因此自治州气候属于中温带湿润季风气候。主要特点是季风明显，春季干燥多风，夏季温热多雨，秋季凉爽少雨，冬季寒冷期长。同时，由于东监日本海，西部、北部又有高山作天然屏障，与省内纬度、海拔相同的地区比，又有冬暖夏凉的特点。年日照时数在2150-2480小时，以龙井气温为最高区，以安图及长白山天池一带为最低区。年平均气温为摄氏2-6度之间，极端最低气温在摄氏零下23-34度，最高气温在摄氏34-38度。气温大致随海拔高度和纬度的增设而递减，东部高于西部，盆地高于山地。无霜期为100至于50天，由于向西递减。秋霜多半在9月下旬出现。春冻在5月上旬结束。11月到次年3月为结冻期。
平均降水量一般为400-650毫米，长白山达1000至于500毫米，居全省之首。中部盆地和东北部山谷地区雨量较多少，西部山地和东南部近海地区雨量较多。一年中，雨量多集在在6、7、8三个月，占全年降水量的60%。由于降水变率大，易产生旱涝灾害。中部和东部旱重于涝，西部涝重于旱。复杂的地形结构使各地风向不一，但季风明显，一般冬季多偏西风，夏季多偏东风。春季风最大。年平均风速2-4米/秒。