西安市平原地区属于暖温带半湿润大陆性季风气候，冷暖干湿四季分明。冬季极其寒冷，风速较小，雾气较多，雨雪较少。春季温暖而干燥，多风，气候多变。夏季酷热多雨，伏旱问题突出，经常出现雷雨大风。秋季凉爽，气温快速下降，秋霖现象十分明显。
年平均气温在13.0℃-13.7℃之间，1月份最冷时平均气温在-1.2℃-0.0℃之间，7月份最热时平均气温在26.3℃-26.6℃之间。年极端最低气温为-21.2℃，发生在蓝田市于1991年12月28日，而年极端最高气温为43.4℃，发生在长安区于1966年6月19日。
年降水量在522.4-719.5毫米之间，从北向南递增。7月和9月是两个明显的降水高峰月。年日照时数为1646.1-2114.9小时。不同地区的主导风向也有所不同，西安市区为东北风，周至和户县为西风，高陵和临潼为东东北风，长安为东南风，蓝田为西北风。
西安市平原地区常常受到多种气象灾害的困扰，包括干旱、连阴雨、暴雨、洪涝、城市内涝、冰雹、大风、干热风、高温、雷电、沙尘、大雾、霾、寒潮和低温冻害等。
