Khu bảo tồn thiên nhiên Na Hang nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, chịu ảnh hưởng của khí hậu lục địa Bắc á - Trung Hoa và chia làm hai mùa rõ rệt: Mùa hè nóng ẩm mưa nhiều từ tháng 4 đến tháng 9; mùa đông lạnh, khô từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau.
* Nhiệt độ: Trung bình năm dao động từ 22 - 240C, nhiệt độ trung bình các tháng mùa đông là 180C, các tháng mùa hè là 28oC. Tổng tích ôn năm khoảng 8.2000C - 8.4000C.
* Mưa: Lượng mưa trung bình năm từ 1.500 - 1.800 mm, số ngày mưa
tháng 7 và 8 có lượng mưa lớn nhất, đạt trên 320 mm/tháng. Tháng 1 và tháng 12 có lượng mưa trung bình thấp nhất, khoảng 16 - 25 mm/tháng.
* Nắng: Tổng số giờ nắng trung bình khoảng 1.500 giờ/năm. Trong năm
từ tháng 5 đến tháng 9 là thời gian nhiều nắng, thường có 170 - 190 giờ/ tháng; từ tháng 01 đến tháng 3 nắng ít, trung bình chỉ khoảng 50 - 70 giờ/ tháng.
* Gió: Là một đặc trưng khí hậu phụ thuộc nhiều vào yếu tố địa hình của từng địa phương. Trong các thung lũng, hướng gió thường trùng với hướng thung lũng. Ở những nơi thoáng, hướng gió thịnh hành phù hợp với hướng gió chung trong mùa, mùa đông là hướng Đông Bắc hay Bắc, mùa hạ là hướng Đông Nam hay Nam. Tốc độ gió trung bình chỉ đạt 1m/s.
* Độ ẩm không khí: Không có sự khác biệt rõ rệt theo mùa. Trong năm độ
ẩm thường dao động trong khoảng 85 - 87% ở phía Bắc.