Presenta la provincia, dos climas perfectamente diferenciados: el de la zona de los Andes Patagónicos y el de la Patagonia extrandina.
En el primero, el clima es frío húmedo, con precipitaciones invernales, superiores a los 1.000 mm anuales, provocadas por los vientos húmedos del Oeste.
En la Patagonia extrandina, el clima es árido frío o patagónico, cuyo denominador común es la sequedad del ambiente, donde las precipitaciones son inferiores a los 200 mm anuales, debido a que los vientos provenientes del anticiclón del Pacífico Sur, después de descargar su humedad sobre la cordillera, llegan a esta región secos. Estos vientos soplan constantemente, y con fuertes ráfagas, caracterizando este clima, y siendo el principal agente de erosión.
También deja sentir su influencia esporádica, el viento polar.
Las temperaturas medias son inferiores a los 10° C, siendo algo más elevadas en la costa, y en la zona de los lagos, por el efecto moderador de los espejos de agua; el invierno se caracteriza por sus bajas temperaturas, habiéndose registrado en Sarmiento hasta -35° C presentando todo el área de la patagonia extrandina grandes amplitudes térmicas.