Khu bảo tồn Khau Ca nằm trong vựng khớ hậu cận nhiệt đới phớa Bắc Việt Nam, đặc điểm của vựng này là khớ hậu nhiệt đới giú mựa, mựa hố cú giú Nam và Đụng nam núng ẩm và mựa Đụng cú giú Đụng Bắc khụ lạnh kộo dài từ thỏng 9 đến thỏng 3, KBT là vựng rừng nỳi đỏ vụi biệt lập, khụng cú cỏc sụng, suối nước chẩy thường xuyờn do diện tớch rừng nhỏ và địa hỡnh đỏ vụi nhấp nhụ hiểm trở. Khu rừng thuộc đầu nguồn sụng Lụ chảy vào sụng Gõm gần thành phố Tuyờn Quangtuwf đú chảy vào sụng Hồng tại thành phố Việt Trỡ tỉnh Phỳ Thọ.
Khu BTTN Khau ca với 4 mựa rừ rệt. Khớ hậu khu vực cú đặc trưng, thỏng lạnh nhất là thỏng 1, cú 6 thỏng mựa khụ (từ thỏng 11 năm trước đến thỏng 4 năm sau), 4 thỏng khụ kiệt là thỏng 12, 1, 2 và 3; cú 6 thỏng mưa (từ thỏng 5 đến thỏng 10)
* Nhiệt độ
Nhiệt độ trung bỡnh hàng năm: 23,3 oC; Thỏng 10,12 cú đọ ẩm trung bỡnh thấp nhất là (35,5 %), thỏng 2,3 cú đọ ẩm trung bỡnh cao nhất(87% - 100%) Nhiệt độ cao nhất: 37,5 oC(thỏng 07 năm 2011); Nhiệt độ thấp nhất: 7,5 oC(thỏng 01 năm 2012), nhiệt độ bỡnh quõn 19,8oC, vào cỏc thỏng 12, Giờng và Hai nhiệt độ trung bỡnh là 15oC(theo số liệu của Trạm Khớ tượng Hà Giang, từ thỏng 01/2011 đến thỏng 09/2012)
* Lượng mưa
Tổng lượng mưa: 2.300 mm/năm. Tổng số ngày mưa: 170 ngày/năm. Số ngày khụng mưa liờn tục dài nhất: 16 ngày (thỏng 12 năm 2011), cường độ lớn, nhiều trận mưa > 350mm/ngày.
Mựa khụ (với lượng mưa < 100 mm/thỏng) kộo dài từ thỏng 10 đến thỏng 3 năm sau, và mựa mưa kộo dài từ thỏng 4 đến thỏng 9 (với lượng mưa ≥ 100 mm/thỏng), lượng mưa tập trung vào thỏng 6,7,8 và thường xảy ra lũ lụt(theo số liệu của Trạm Khớ tượng Hà Giang, từ thỏng 01/2011 đến thỏng 09/2012).
* Độ ẩm
- Đổ ẩm trung bỡnh: 83,9%.
- Độ ẩm thấp nhất: 29% (thỏng 12 năm 2011). - Số giờ nắng trong năm: 1.365 giờ.
Toàn bộ khu vực nằm trong khu vực thượng nguồn của sụng Gõm(theo số liệu của Trạm Khớ tượng Hà Giang, từ thỏng 01/2011 đến thỏng 09/2012)
Khu bảo tồn là vựng rừng nỳi đỏ vụi biệt lập, khụng cú cỏc sụng, suối nước chẩy thường xuyờn, diện tớch rừng nhỏ, đỏ vụi nhấp nhụ hiểm trở, khu rừng thuộc rừng đầu nguồn Sụng Lụ chảy vào sụng Gõm gần Thành phố Tuyờn Quang. Nguồn nước chưa đỏp ứng cho nhu cầu sinh hoạt phục vụ cho sản xuất nụng lõm nghiệp của nhõn dõn địa phương.