เนื่องจากอุทยานแห่งชาติดอยสุเทพ-ปุย มีลักษณะเป็นภูเขาซับซ้อนและมียอดเขาสูง ทำให้อากาศเย็นสบายตลอดปี อุณหภูมิเฉลี่ยตลอดปีประมาณ 16 องศาเซลเซียส ในฤดูหนาวอากาศจะหนาวมาก ในเดือนกุมภาพันธ์ อากาศปลอดโปร่ง ท้องฟ้าแจ่มใส ทำให้มองเห็นภูมิประเทศได้โดยรอบอย่างชัดเจน ส่วนในฤดูฝน อากาศเย็นสบาย ฝนตกมากที่สุดในเดือนสิงหาคมถึงกันยายน ในฤดูร้อนอากาศไม่ค่อยร้อนอบอ้าว