Территория национального природного парка «Кокшетау» относится к лесостепной и степной климатическим зонам. Климат резко континентальный, с жарким летом и суровой малоснежной зимой.

Температура января колеблется от -5 до -35 градусов, июля от +27 до +35 градусов. Первые заморозки в среднем наблюдаются в начале сентября, последние в конце мая начало июня. Общая продолжительность безморозного периода колеблется от 111 до 130 дней.

Годовое количество осадков составляет от 250-300 мм в равнинной части и до 441 мм в возвышенной.

В теплое время года (апрель-сентябрь) в виде дождей выпадает в среднем 212-254 мм, то есть 70-85% от годовой суммы осадков. Зимние осадки составляют 93-137 мм, то есть 15-30%. На каждый летний месяц осадков приходится почти вдвое больше, чем на весенний.

Летом дожди часто имеют характер ливней и сопровождаются грозами.

Устойчивый снежный покров устанавливается в среднем 5-10 ноября, а сходит в среднем около 10-15 апреля. В годы с ранней весной он сходит в конце марта, а в годы с поздней весной —  во второй половине апреля.

Туманы наблюдаются круглогодично. Они не устойчивы, повторяемость их в отдельные годы колеблется 10-30 дней. В теплый период туманы встречаются реже.