Kars Doğu Anadolu Bölgesinin en soğuk bölgesinde yer alır. İlde 'Doğu Anadolu yüksek yayla iklimi' görülür. Kars'ta kışları uzun ve sert, yazları ılımlı hatta serince geçen bir iklim vardır. Burası Türkiye'de soğukların en bariz olduğu ve uzun sürdüğü yerlerdendir. Bu durumun temel nedenleri; yüksek dağ sıralarıyla denizlerin ılımanlaştırıcı etkisinden ayrılması, yüksekliğin fazla olması, Kış mevsiminde Büyük Asya Kara Kütlesi üzerinde yerleşen soğuk ve ağır hava kütlesi (Sibirya yüksek basınç merkezi) nin buraya kadar sokulmasıdır. 

Bütün bu faktörler Kars ikliminin temel karakterini belirler . Kars yöresi iklimi üzerinde etkili olan başlıca iklim elemanları; sıcaklık, basınç ve rüzgar, nem ve yağıştır. 

Sıcaklık 

Merkez ilçede yapılan ölçümlere göre yıllık sıcaklık ortalaması 6.30 C dir. İl genelinde kış dönemi Ekim ayı ortalarında başlamakta ve Mayıs ayının ortalarına kadar sürmektedir. Merkez ilçede aylık ortalama sıcaklık Ocak ayında en düşük düzeye düşer. Bu ayın sıcaklık ortalaması -11,6 0 C dir. Kars'ta en soğuk geçen aylar Aralık ve Ocak, en sıcak geçen aylar ise Temmuz ve Ağustos' dur. Sıcaklık ortalaması yaz aylarında bile 17 0 C nin biraz üstüne çıkmaktadır. Yıl içerisinde donlu gün sayısı 160'ı bulur. Kışın sıcaklığın –40 0 C nin altına düştüğü dahi görülmektedir. Erken başlayan kış geç biter. Kısa bir ilkbahardan sonra gecelerin serin fakat gündüzlerin 30 0 C nin üzerine çıkabildiği bir yaz mevsimi gelir. Bu mevsimden sonra kısa bir sonbahar yaşanır. İlde ilkbahar ve sonbahar gibi ara mevsimler hemen hemen yok gibidir. Kars'ta en yüksek sıcaklık Temmuz ayında 34,80 C olarak, en düşük sıcaklık ise Ocak ayında -39,60 C olarak gerçekleşmiştir. 

Basınç ve Rüzgarlar 

Kars ili genellikle basınç bakımından kışın Sibirya üzerinden gelen yüksek basıncın, yazın ise Akdeniz ve Güneydoğu Anadolu Bölgesi üzerindeki alçak basınç sisteminin etkisi altındadır. Sekiz senelik basınç ortalaması 820,1 milibar, en düşük basınç 800 milibar , en yüksek basınç ise 833,8 milibardır. 

Ortalama rüzgar hızının 2,0 mlsn olduğu Kars'ta egemen rüzgar yönü, yıl içinde toplam 2559 kez esen güneybatıdır(Lodos). Bunu kuzeydoğudan esen Poyraz ve güneyden esen Kıble rüzgarları izlemektedir. Merkez ilçede en hızlı rüzgar saniyede 35,7 m hızla esen batı ve kuzeybatıdır. Üçüncü sırada ise kuzeyden esen Karayel gelmektedir. 

Nem ve Yağış 

Kars'ta 32 senelik değerlere göre senelik ortalama nem %67 olup, kış aylarında nemin %100 olduğu dahi görülmüştür. Nem oran yazın ise nadiren %2' ye kadar düşer. 

Bütün mevsimlerde bulutluluk oranı fazladır. 35 senelik ortalama değerlere göre bir yıl içerisinde 71 gün açık, 214 gün bulutlu, 80 gün ise kapalıdır. 35 yıllık gözlemlere göre toplam bulutluluk süresi 10 üzerinden 5,1'dir. 

Kars'ta egemen olan yüksek basınç alanı ilin fazla yağış almasına engel olur. Kars'ta kış aylarının oldukça düşük sıcaklıkta geçmesine karşın Kars'ın bu dönemde az yağış alması bu nedene dayanmaktadır. Bu arada bölge alanının bozuk yapısı ilin aldığı yağışları da etkiler. Zira ilde görülen yağışlar hava kütlelerinin yer kabartılarına ve daha çok dağlara çarparak yükselmesi sonucunda oluşan yağışlardır. Çok kısa süren ilkbahar ve yaz aylarında ise bölgede oraj (sele yol açan yağış hareketi) ile birlikte konvektif yağışlar da oluşmaktadır. Merkez ilçede yıllık yağış ortalaması 527,7 mm'dir. Merkez ilçeye en az yağış Aralık ve Ocak aylarında , en çok yağış ise Mayıs ve Haziran aylarında düşmektedir. Yağışların mevsimlere göre dağılışı incelendiğinde hemen hemen kurak mevsim yoktur. 

İl genelinde en fazla yağış ilkbahar aylarında görülmektedir. Yağışın aylara göre dağılışı Ocak ayında 27,4, Şubatta 30,0, Martta 29,8, Nisanda 44,7 , Mayısta 89,8, Haziranda 78,9, Temmuzda 56,5, Ağustosta 46,2, Eylülde 31,4, Ekimde 39,8, Kasımda 50,7, Aralıkta 23,9 mm'dir. 38 senelik ortalamalara göre senenin 43 günü yağışlı geçer. Yılın ??? günü karla kaplıdır. Şimdiye kadar kaydedilen en yüksek kar kalınlığı 120 cm'dir. Senenin yaklaşık 181 günü donlu geçer. Kış ayları genellikle sislidir. İlkbahar ve sonbahar aylarının ise 5-6 günü sisli geçer. 38 senelik değerlere göre yıllık sis ortalaması 30 gündür. 

Kars İlinde karasal iklim görüldüğünden gece soğuma nedeniyle kırağı olayı sık sık görülür ve Eylül ayından Haziran ayına kadar devam eder. Aynı nedenlerden dolayı çiğ olayı da sık görülür. 

Ortalama nem oranı 

54 yıllık gözlemlere göre Kars'ta ortalama nem oranı % 70 dir. En nemli aylar Kasım ve Aralık aylarıdır. Kasım ayında %76 olan nem, en az nemli ay olan Eylül'de % 61'dir. Bu rakamlara bakarak Kars'ın nemli bir il olduğu söylenebilir.