大同地处温带大陆性季风气候区，受季风影响，四季鲜明，令人喜爱。

春季里气温回升很快，平均气温6.5~9.1℃，总是乍暖还寒。多大风，降雨较少，平均降水量仅为56.1mm，占年降水量的14.6%。

夏季气候温和，平均气温在19~21.8℃之间，雨水集中，平均降水量为246.9mm，占全年降水量的64.3%;人们常说“万紫千红总是春”，但大同万紫千红之时却在夏季。大同的夏天凉爽舒适，多温和的东南风，旅游者们多于夏季来此避暑胜地观光。

秋季来临后气温便逐渐下降，平均气温在5.8~8.4℃之间，平均降水量为72.96mm，占全年降水量的19%。这时碧空万里、天高气爽。微微的清寒，颇令人感到惬意。

冬季较春夏秋三季就显得漫长了，它长达四个多月，盛行西北风，日短天寒。平均气温在-12.8~-6.3℃之间，最冷月为1月份，平均气温是-11.3℃。冬季会下几场雪，使整个城市银装素裹，平均降水量为8.06mm，占全年降水量的2.1%。此季虽然户外寒冷，1967年1月15日极端最低气温竟达-29.1℃，但本地人们工作、学习、娱乐场所及住宅，皆有暖气或火炉取暖，室内十分温暖，反而比南方宜人。