绰纳河自然保护区地处寒温带，气候属寒温带大陆性季风气候，冬季受西伯利亚寒流的影响，异常寒冷，但受沿黑龙江而上的温暖气团影响，比大兴安岭北和西部地区温暖而湿润。

绰纳河流域年平均气温-2.1℃；极端最低气温-48.2℃；极端最高气温38℃；年日照时数约为2500小时；年≥10 ℃ 年积温为2038℃ ；早霜始于9月中旬；晚霜至翌年5月中旬；无霜期约为100天。

绰纳河流域历年平均降水量为478毫米左右。降水季节分配不均，多集中在7-8月份，其降水量约占全年降水量的一半。

绰纳河流域风向的季节变化显著。冬季由于受蒙古高压气流影响，盛行西风和西北风，夏季由于受沿黑龙江而上的温暖气团影响，多偏南风及东南风，春秋两季风向多变。地形对风的影响较大，因此，随地形不同而小范围内的风向各异。本区年平均风速3米/秒，最大风力可达8级。

本区土壤解冻期长达270天，积雪期在200天左右，土壤最大冻深220-250厘米，低洼地沼泽区因受水分影响，冻土在100厘米左右，但水冻迟，解冻晚，一般在6月初解冻。

本区年均蒸发量约1000毫米，是年均降水量的2倍多。一年之中蒸发量随气温的变化而变化，12月份至翌年2月份蒸发量最低，3月份随气温上升而增加，主要集中在4、5、6月份，占全年的50%以上。

从四季整个气候因子来看，光、热、降水、无霜期不仅适合当地农作物生长，对保护区内发展适应性较强的森林植物群落亦极为有利。由于境内特殊的气候条件，该区内形成了多种多样的森林类型，为珍贵、稀有的野生动植物提供了理想的生境条件。