Климат области умеренный континентальный. Средние температуры января от –11,5°С на юго-западе (Кострома, Нерехта, Волгореченск, Красное-на-Волге) до –14,0°С на северо-востоке (Павино, Боговарово, Вохма); июля от +17,0°С на северо-западе (Солигалич) до +18,5°С (Островское, Кадый, Судиславль); апреля от +2,0°С до +3,5°С; октября от +1,5°С до +3,0°С. Среднегодовая температура от +1,5°С на северо-востоке (Боговарово) до +3,0°С на юго-западе (Кострома, Нерехта, Волгореченск, Красное-на-Волге). Абсолютный максимум температуры воздуха +37°С, абсолютный минимум –53°С (Солигалич). Количество осадков: от 530 мм/год на северо-востоке и севере (Боговарово, Вохма, Солигалич) до 600 мм/год на западе (Буй), с максимумом в летний период и минимумом – в зимний. Количество осадков преобладает над испарением. Вегетационный период – 110-140 дней. Суммы температур вегетационного периода от 1600°С до 1900°С. Безморозный период продолжается от 100 дней на севере до 130 дней на юге. Снежный покров держится в среднем 150–155 дней. Средняя дата появления снежного покрова – конец октября, средняя дата разрушения снежного покрова – середина апреля. Максимальная толщина снежного покрова достигает в феврале-марте 55–80 см. Среднее количество солнечных дней в году – 124. Летом преобладающее направление ветра северо-западное, зимой – юго-западное. Средняя скорость ветра 4,0 м/с.
Время начала ледостава на реках - начало ноября, время вскрытия - конец марта - начало апреля. Толщина льда к концу зимы достигает 60 см. Ледоход длится 3-6 дней.