Le climat de la Crimée oppose deux ensembles nettement différents. Le nord et le centre de la péninsule relèvent d'un climat continental de steppe, sec et contrasté, tandis que l'étroite bande littorale située au sud des montagnes connaît des conditions proches du climat méditerranéen. Le massif montagneux joue le rôle d'une barrière et explique l'essentiel de cette différence sur une distance de quelques dizaines de kilomètres seulement.
La plaine du nord connaît des hivers frais et des étés chauds, avec des gelées régulières entre décembre et février et des vents fréquents. À Simferopol, au centre de la péninsule, la température moyenne avoisine 0 degré en janvier et 23 degrés en juillet. Les précipitations y atteignent environ 500 millimètres par an, un total modeste qui limite les cultures sans irrigation.
Sur le littoral méridional, les hivers restent doux et la neige demeure rare. Yalta enregistre une moyenne proche de 4,5 degrés en janvier et de 25 degrés en juillet, pour environ 600 millimètres de précipitations annuelles concentrées sur la saison froide. Cette douceur permet la culture de la vigne et la présence d'une végétation méditerranéenne dans les parcs du bord de mer.
La péninsule figure parmi les régions les plus ensoleillées de cette partie de l'Europe, avec de l'ordre de 2 200 à 2 500 heures de soleil par an selon les stations. À l'est, Kertch présente un profil intermédiaire, avec une moyenne voisine de 1 degré en janvier et de 24 degrés en juillet, et des précipitations plus faibles, autour de 430 millimètres.
La faiblesse des pluies et leur irrégularité rendent la péninsule sensible aux épisodes de sécheresse, particulièrement dans la steppe. Les étés secs et les hivers peu neigeux limitent la recharge des réservoirs locaux. Cette contrainte pèse sur l'agriculture et sur l'alimentation en eau des villes, dans un territoire longtemps dépendant d'un apport extérieur venu du Dniepr.
La baignade s'étend en général de juin à septembre, la mer Noire atteignant alors 22 à 24 degrés le long de la côte sud. Les mois de mai et d'octobre conviennent davantage à la randonnée et à la visite des sites, avec des températures plus supportables et une fréquentation moindre.