Климатические условия на территории заповедника неоднородны. Они зависят от географического положения территории, её рельефа, господствующих атмосферных потоков. Самым значительным фактором является воздействие огромной водной массы озера Байкал. Поэтому климат северного макросклона Хамар-Дабана существенно отличается от южного, носит черты муссонности, здесь отсутствуют резкие перепады температур, зима не сильно морозная и многоснежная, а летние месяцы прохладные, с частыми и продолжительными дождями. «Холодные субтропики» – так называл эти места профессор А. В. Смирнов. Формированию своеобразного климата на северном макросклоне хребта в значительной мере способствуют северо-западные ветры, которые приносят обильные осадки и смягчают континентальность климата. На высотах, близких к 1500 м н.у.м., выпадает за год около 1440 мм осадков, глубина снега достигает к концу зимы 1,7–1,9 м. На берегу озера осадков выпадает меньше, около 1000 мм, а глубина снежного покрова обычно не превышает 0,8 м. Средняя температура воздуха в январе — -15,9 °С, в июле — +15,4°С. Снежный покров лежит в среднем: 180 дней на побережье, 240–250 дней в среднегорье, а в гольцах снежники сохраняются в течение всего лета.
К настоящему времени глобальное потепление сказалось на изменении климатической обстановки на южном побережье оз. Байкал. Начиная с 1986 г., средние за пятилетние периоды среднегодовые (за фенологический год) температуры воздуха приобрели исключительно положительные значения (0,26–0,8°С), в то время как ранее (1971–1985 гг.) они были только отрицательными (от -0,28 до -0,54°С). В целом, прослеживается направленность к повышению среднегодовой температуры воздуха и снижению количества атмосферных осадков. За месяцы тёплого периода года (июнь — сентябрь) наблюдается повышение среднесуточной температуры воздуха и снижение количества дождливых дней. Зима стала наступать позднее. Сроки начала весны остались без изменений. Лето начинается раньше, а осень — позднее.
Территория южного макросклона Хамар-Дабана подвержена сильному влиянию аридного климата Забайкалья. Зима здесь малоснежная, лето жаркое и сухое. Средняя температура воздуха в июле — +18—19°С, в январе — -26—27°С. Годовое количество осадков не превышает 400 мм. Встречаются участки с многолетней мерзлотой. Глубина снежного покрова у подножия склона, в долине р. Темник, 10–20 см, в верхней части склона — 50—60 см. Часто образуются мощные надувы снега — снежники, в затенённых участках склонов они долго, иногда до конца лета, не стаивают, питая горные озёра и ключи.