Климатические условия Жигулёвского заповедника определяются в первую очередь географическим местоположением в глубине материка в умеренных широтах Северного полушария. Расположение Жигулевского заповедника у пятьдесят третьей параллели северной широты определяет смену времен года, характерную для всех средних широт Северного полушария Земли. Климат заповедника умеренно континентальный с жарким летом и морозной зимой. Повторяемость циклонических и антициклонических барических образований здесь приблизительно одинакова и как следствие этого ощущается влияние разных воздушных масс.
Возвышенное положение Жигулевского массива наряду с крутизной склонов определяет местные особенности климата: большие суточные и годовые амплитуды и быструю смену температур, мощное развитие снежного покрова, различия температур на возвышенных и в низких участках. Значительная амплитуда суточных температур вызывает усиленную инсоляцию и выветривание склонов южной экспозиции, особенно в конце зимы. Одной из отличительных особенностей погодных явлений служат гололедно–изморозевые отложения.
Метеорологические наблюдения в Жигулёвском заповеднике были начаты в 1972 г. Пункт наблюдения расположен в самом заповеднике: село Бахилова Поляна, в устье долины, выходящей в долину реки Волги. Ещё один, дополнительный, пункт наблюдений находился на плато Самарской Луки, в селе Сосновый Солонец.
Средняя годовая температура воздуха в заповеднике составляет +5,3°С с колебаниями от 2,5°С (в 1976 г.) до 7,2°С (в 1995 г.). В январе, в самом холодном месяце года, средняя многолетняя температура воздуха составляет -10,2°С. Средняя температура воздуха в самом теплом месяце года (июле) составляет 20,4°С. Абсолютный максимум температуры воздуха за весь период наблюдений составил +41оС, а абсолютный минимум температуры воздуха составил -44оС.
Обычно в заповеднике наблюдается быстрый переход от зимних холодов к летнему теплу и чуть более продолжительный от летней жары к осенней прохладе – повышение температуры воздуха весной от 0°С до 10°С происходит на 11 дней быстрее, чем снижение с 10°С до 0°С осенью. Однако резкие потепления весной очень часто сменяются возвратами холодов с поздними заморозками в конце мая, а то и в начале июня.
Благодаря тому, что плато возвышается над Волгой в среднем примерно на 200 м, существует разница температур: на плато в среднем на 2,5°С холоднее, чем в долине Волги.
В Жигулевском заповеднике осадков за год в среднем выпадает 570 мм. В наиболее обильном осадками 1990 г. годовая сумма осадков составила 812 мм, а в наиболее бедном осадками 2009 г. годовая сумма осадков составила 327 мм. В течение года наибольшее количество осадков отмечается в июле, в среднем 62 мм, а наименьшее в марте — в среднем 34 мм.
Ветровой режим в Жигулях определятся как общей циркуляцией атмосферы, так и своеобразным рельефом. Ветровой режим представлен по материалам наблюдений на плато Самарской Луки. Здесь в среднем безветренная погода отмечалась в 22% случаев. Чаще всего штили отмечались в январе, сентябре (повторяемость по 25%), а реже всего в мае (повторяемость 19%). Из ветров различных направлений в среднем за год наиболее часто повторялись юго-западные (17%) и северные (16%) ветра. В зимний период преобладают ветра южной четверти, в летний период северной четверти.
Средняя годовая скорость ветра составляет 3,1 м/сек. В течение года наибольшей средней скоростью ветров отличается февраль (3,3 м/сек). Максимальная скорость ветра 20 м/сек отмечается ежегодно.
Устойчивый снежный покров в Жигулях образуется обычно во второй половине ноября и сохраняется в среднем до 12 апреля. После разрушения устойчивого снежного покрова при возврате холодов и выпадении снега нередко образуется временный снежный покров. С момента установления устойчивого снежного покрова начинает возрастать его высота, а в конце февраля – начале марта она достигает максимальной величины. Однако случаются исключения, как это произошло в зимний сезон 2017–2018 гг., когда наибольшая высота снежного покрова была зарегистрирована 1–2 апреля. Высота снежного покрова сильно различается по годам, в многоснежные зимы она доходила до 90–100 см, а в малоснежные она не превысила 30 см. На плато Самарской Луки снежный покров бывает значительно более мощным. Высота его здесь в отдельные годы достигала 120 см. Разрушение устойчивого снежного покрова на плато происходит на 7-10 дней позже.
Жигулевский заповедник находится в выгодном физико-географическом положении для образования гололедно-изморозевых отложений на высотах 200-375 м. В связи с местными условиями, зачастую вершины гор заповедника находятся в слое низкой слоистой облачности. Облачность очень медленно скользит, обволакивая вершины. Высота нижней границы слоистой облачности обычно колеблется в пределах от 30 до 400 м, а толщина облачного слоя составляет от 100 м до 600 м. Слоистые облака состоят из мельчайших капель воды. Таким образом, при наличии слоистой облачности с нижней границей облаков 300 м и ниже, часть территории заповедника будет находиться в слое облаков. Немаловажную роль для возникновения низкой облачности играет Саратовское водохранилище, которое остается без ледового покрова до января. Переход же среднесуточной температуры воздуха через 0о в сторону понижения происходит обычно 25 ноября.
Общеизвестно, что всё Среднее Поволжье подвержено засухам. Наиболее катастрофичной за последние полвека стала засуха 2010 г. Необычайная жара (продолжительность 70 суток) сопровождалась почти полным отсутствием осадков. Засуха свирепствовала и в долине Волги, и на плато. В период засухи осадки практически полностью отсутствовали – суммарное количество осадков составило лишь 1,0 мм (0,7% от нормы). Максимальные температуры воздуха составляли 25…40°С. В течение 54 дней максимальная температура воздуха повышалась до 30°С и более. На плато Самарской Луки осадков выпало немного больше 5,8 мм.