泰山区属暖温带半湿润大陆性季风气候，春季干燥多风，夏季高温多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷少雪。
气温年平均气温13.2℃，年平均最高气温19.2℃，年平均最低气温7.9℃。平均气温的年际变化最大为1.6℃，最高年为14.1℃（1998年），最低年为12.5℃（1985年）。春季平均气温13.4℃，年变化较大，最高年为14.4℃（2000年），最低年为12.1℃（1991年），相差2.3℃。夏季平均气温25.7℃，最高年为26.7℃（1997年），最低年为24.4℃（1993年），相差2.3℃。秋季平均气温13.7℃，最高年为15.9℃（1998年），最低年为11.7℃（1988年）。冬季平均气温-0.1℃，冬季极端最低气温-18.7℃，出现在1990年2月1日。历史极端最低气温-22.4℃（1957年1月7日）夏季极端最高气温38.6℃，分别出现在1992年7月2日和1997年6月22日。历史极端最高气温40.7℃（1952年6月6日）。气温的日差变化，在晴朗干燥的春秋季最大，24小时最高与最低气温日温差可达15～18℃。日平均气温稳定通过0℃的平均初日为2月24日，平均终日为12月6日；日平均气温稳定通过10℃的平均初日为4月7日，平均终日为10月20日；平均初霜日10月16日，终霜日4月11日，霜期178天。初霜最早见于9月29日，终霜最早见于3月13日，最晚见于4月16日。最长霜期204天，最短151天。
降水境内累计年平均年降水量为683.2毫米，年际变化较大，最多年为1296毫米（1990年），最少年为341毫米（1989年），相差3.8倍。四季降水变化：夏季最多，平均为468毫米，约占年降水量的68%，冬季最少平均为26毫米，约占年降水量的4%，春季平均为96毫米，约占年降水量的14%，秋季平均为103毫米，约占年降水量的15%。降水量月际变率大，最大月为1月份，最多为29.5毫米（1990年），最少为0.01毫米（1986年、1994年、1995年、1999年），7月份降水量最多，平均降水量为219.3毫米，最多年达506.2毫米（1990年），最少年为84.3毫米（1999年），相差6倍。年平均降雨日数为65.3天，7月份最多，平均日数11.9天，最多年达18天（1996年），最少年为7天（1997年）。
风受泰山、徂徕山影响，主导风向为东北、西南风。1月东北风出现频率为14%，西南风为9%，东南、西北风各为1%。2～3月东北风频率达15%以上，11月份达17%，3月份开始西南风增多，频率达10%以上，5月份达14%，8月份平均8%以下。一日当中，下午西南风频率大于东北风，夜间至上午，东北风频率大于西南风，年平均风速为2.4米/秒。日最大风速3.1米/秒，出现在3、4月份，最小风速1.7米/秒，出现在8月份。
湿度和蒸发境内年平均相对湿度为67%，7～8月相对湿度最大，为80%～82%，2月相对湿度最小为55%。1990年相对湿度最大，平均达71%，1988年相对湿度最小，平均为63%。年平均蒸发量为1799.5毫米，6月份蒸发量最大平均为296.4毫米，12月份最小，平均为48.3毫米。
地温与冻土地温历年平均地面温度15.2℃，7月平均地温最高为29.4℃，1月平均最低为-1.8℃，1987年平均最高为17.5℃，1985年平均最低为14.2℃。地面极端最高气温66℃，极端最低为-25.1℃。冻土最大冻土深度为46厘米，平均冻土期从11月21日至次年3月13日。