Климат Луганской Народной Республики имеет заметно выраженный континентальный характер. Годовое количество осадков составляет около 450 миллиметров. В районе Донецкого кряжа возрастает до 500 мм. Лето жаркое, с небольшой облачностью. Средние температуры июля от +21,8°, до +23,1°. Осень сухая, тёплая, с большим количеством солнечных дней. Переход к зиме постепенный. Средняя суточная температура опускается ниже 0° между 15 и 20 ноября. Приходящие временами средиземноморские и черноморские циклоны вызывают оттепели, гололёд. Снеговой покров незначителен. Среднесуточная температура поднимается выше 0° между 17 и 20 марта и затем быстро нарастает. Весной временами наблюдаются сильные ветры, особенно восточных направлений, значительно снижающие относительную влажность воздуха (суховей). Эти ветры крайне вредно влияют на растительность, особенно культурную.
Режим рек характеризуется довольно значительным подъёмом уровня весной с последующим быстрым спадом. Озёра непроточны и, как правило, непригодны для водоснабжения, но ценны для рыборазведения и орошения.
Большая часть (около 65%) площади области распахана, и только небольшие участки степи сохранились по крутым склонам балок и речных долин. Степные пространства характеризуются развитием на целинных землях плотно дерновинных злаков.