北美洲地跨熱帶、溫帶、寒帶，氣候複雜多樣。

北部在北極圈內，為冰雪世界。南部加勒比海受赤道暖流之益，但有熱帶颶風侵襲。大陸中部廣大地區位於北溫帶。由於所有的山脈都是南北或近似南北走向，故從太平洋來的溼潤空氣僅達西部沿海地區；從北冰洋來的冷空氣可以經過中部平原長驅南下；從熱帶大西洋吹來的溼潤空氣也可以經過中部平原深入到北部，故北美洲的氣候很不穩定，冬季時而寒冷，時而解凍，墨西哥灣沿岸的亞熱帶地區，冬季也會發生嚴寒和下雪的現象。北美洲最冷月（1月）平均氣溫低於0℃的地區，約佔全洲面積的3/4；整個北極群島（北美大陸以北、格陵蘭島以西眾多島嶼的總稱）及格陵蘭島的大部分地區都低於-32℃，格陵蘭島中部低達0℃，成為西半球的寒極區。夏季全洲普遍增溫，最熱月（7月，沿海多為8月）平均氣溫格陵蘭島中部為0～3℃，成為北半球夏季最涼的地區；其餘廣大地區都在0～32℃之間，其中20℃以上的地區約佔全洲面積一半以上，30℃以上的地區面積較小。美國西南部的死谷，極端最高氣溫曾達56.7℃，為全洲最熱地區。北美洲東部地區降水較多。加拿大和格陵蘭島的東南部、美國的東部、加拿大和阿拉斯加的太平洋沿岸地區年降水量約為500～300毫米；加拿大和阿拉斯加的太平洋沿岸高達2,000毫米以上，為北美洲降水最多的地區；佛羅里達半島、落基山脈東麓及大平原、育空高原年降水量250毫米；加勒比海地區屬熱帶雨林氣候，終年高溫多雨。降水量最少的地區是美國大盆地西南部、科羅拉多河下游以及北極群島和格陵蘭島的北部，年平均降水量都不到100毫米。每年5～10月，北美洲東南部常受颶風侵襲，往往造成嚴重災害。北美洲中部和北部冬季常吹寒冷而強烈的暴風和陸龍捲風。西風在翻越落基山脈後，於東麓形成欽諾克焚風。