Климат Астаны — резко континентальный с засушливым летом и холодной, снежной зимой. Среднегодовая температура — 35 °C. Среднегодовое количество осадков — 318 мм. Астана — вторая самая холодная столица в мире (после Улан-Батора).
Астана расположена на берегу реки Ишим. Из-за удалённого расположения от океанов зима здесь холоднее, чем в городах, находящихся западнее на той же широте (Уральск, Воронеж, Лондон). Лето здесь тёплое и засушливое, и, несмотря на это, большинство атмосферных осадков выпадает в тёплый период (апрель-октябрь)[1]. Летом возможны пыльные бури.
Наиболее тёплый месяц — июль, его средняя температура — 20,8 °C. Наиболее холодный месяц — январь с температурой -14,2 °C. Устойчивый снежный покров держится с конца октября по начало апреля.
Годовой максимум осадков — 780 мм (в 1892 году), годовой минимум — 113 мм (в 1951 году). Рекордный максимум осадков за сутки — 86 мм (отмечен в июле 1972 года).