Hajdú-Bihar megye területén nincsenek nagy domborzati eltérések, de éghajlati szempontból mérhető különbségek figyelhetőek meg. A megye klímája nyáron szárazabb, télen kissé hidegebbmint általában az Alföldön.

A megye középső részen fekvő Hajdúság minden tekintetben átmenet a Nyírség és a Közép-Tiszavidék, illetve a Hortobágy között. Területén a szomszédos tájak éghajlati jellegzetességei találkoznak.

A napsütéses órák száma a megyében évente 2020-2150 óra körül mozog, az évi középhőmérséklet átlaga pedig 10,5-11,0 °C. Hortobágyon a július átlaghőmérséklete gyakran emelkedik 22 °C fölé. A tél általában kemény fagyokat hoz, a leghidegebb a január. A hideg tél miatt későn tavaszodik, az utolsó fagy rendszerint április végén következik be.

Csapadék szempontjából Hajdú-Bihar megye az Alföld egyik legszárazabb vidéke. A legcsapadékosabb hónap a június, a legszárazabb a január. Az évi csapadék mennyisége gyakran nem elegendő a mezőgazdasági termelés biztonságához.

Naprakész információk az időjárásról az Országos Meteorológiai Szolgálat internetes honlapján találhatóak (www.met.hu).