Климат Тюменской области континентальный. Он характеризуется суровой продолжительной зимой (32 недели в тундре, 21 неделя в лесостепи), коротким и холодным летом на севере и тёплым — на юге, переходными сезонами (6—7 недель) с поздними весенними и ранними осенними заморозками. Равнинный характер рельефа области, её открытость с севера и юга способствуют глубокому проникновению холодных арктических воздушных масс и свободному выносу континентальных умеренных и даже тропических воздушных масс с юга на север.
Средние температуры воздуха января понижаются с запада на восток от -20° до -27°С, на остальной территории температура воздуха понижается с юго-запада на северо-восток от -17° до -27°С. В отдельные дни почти ежегодно температура ночью понижается до -36°…-44°С в южной части области. В наиболее холодные зимы температура воздуха может понижаться до -52°…-63°С на севере и до -47°…-51°C на юге области. Наряду с низкими температурами могут наблюдаться и высокие. Так, в январе почти повсеместно отмечаются оттепели с максимальной температурой 2°…6°С, но оттепели зимой — явление редкое и кратковременное. Продолжительность отопительного периода увеличивается от 220 суток в южных районах области до 300-320 в северных и горных районах.
Преобладают ветры с северной составляющей. Средние месячные температуры июля, самого тёплого месяца года, колеблются в пределах от 4°С на севере до 18°С на юге области. В отдельные дни в июле-августе почти ежегодно температура воздуха днём может повышаться в Заполярье до 20°С, на остальной территории — до 25°…35°С. При вторжениях холодных арктических масс воздуха возможны очень резкие понижения температуры даже в июле-августе: в северо-западных районах области до -5°…-6°С, на остальной территории до -1°…- 4°C. Безморозный период длится от 50-60 дней на севере и до 127 дней на юге области.
Основное количество осадков выпадает с мая по октябрь. На юге Тюменской области — 350—400 мм.
На территории области выделяют климат тундры и лесотундры — избыточно влажный, с продолжительной и холодной зимой и холодным летом, климат лесной зоны — влажный, с умеренно суровой снежной зимой и с умеренно тёплым летом, климат лесостепи — недостаточно влажный, с умеренно суровой снежной зимой и тёплым летом.