孝义市属暖湿带大陆性半干旱半湿润气候，四季分明。春季受季风交替影响，风大雨少；夏季受太平洋副热带高压影响，多雨炎热；秋季受冷高压侵入，温湿晴朗；冬季受西伯利亚冷高压控制，寒冷少雪。

孝义市年均气温10.1°，气温月际变化大，最冷月为1月，平均温度为-5.6°C,最高月在7月平均温度为23.7°C,极端高温可达39.5°C,极端低温为-22.9°C。年平均日照2640.7小时，日照率为60%，平均太阳辐射总量为147千卡/平方厘米，生理辐射量71.51千卡/平方厘米。

孝义市年平均降雨量486毫米，降水主要集中在7、8、9三个月，降水量由东向西随着地势的逐步升高而增加。降水以小雨最多，年平均降小雨天数为63天，降中雨天数为9天，降大雨天数仅为3天。年均积雪深度为6.5厘米。全年平均无霜期190天，霜冻期为10月上旬至次年4月中旬。全境内年平均蒸发量E20观测值为1957.84毫米，折算水体蒸发量为1152.6毫米，年平均仅为62.4毫米。

孝义的风向冬季多为西北风，夏季多为东南风。一年内风力最大的月份为1月。