Khí hậu của Great Plains thay đổi rất nhiều từ bắc xuống nam và từ đông sang tây. Các khu vực phía nam của khu vực có thể có nhiệt độ cao trong nhiều năm trong khi các phần phía bắc thường mát mẻ hơn nhiều. Các khu vực phía đông cũng ẩm ướt hơn nhiều so với phía tây bán khô hạn.
Nhiệt độ vào tháng 1 và tháng 2 rất thấp trong toàn khu vực, dao động từ 40 độ F ở Đồng bằng phía Nam đến 10 độ F ở Đồng bằng Canada. Nhiệt độ mùa hè cao hơn nhiều, trung bình vào khoảng 80 độ F trên Vùng đồng bằng phía Nam và 66 độ F ở Đồng bằng Canada.
Lượng mưa tăng đáng kể từ tây bắc sang đông nam, đông nam đạt trên 40 inch mỗi năm so với dưới 14 inch ở một số vùng của Canada và Montana. Mùa xuân ở Great Plains được đặc trưng bởi giông bão với lượng mưa lớn, gió lớn và lốc xoáy. Tuyết phổ biến ở hầu hết các Đồng bằng vào mùa đông, dao động từ 1 inch ở các khu vực phía Nam đến hơn 40 inch ở các khu vực phía Bắc.
Khí hậu thay đổi của các vùng đồng bằng phần lớn là do sự chuyển động của các khối khí khác nhau. Các khối khí khô, lạnh từ Canada mang không khí lạnh và khô qua Đồng bằng trong khi các khối khí di chuyển lên phía bắc bắt nguồn từ Vịnh Mexico và Caribe thường mang không khí ẩm và ấm đến khu vực. Hơn nữa, không khí khô và ấm có thể di chuyển lên từ các sa mạc ở phía tây nam và không khí ở Thái Bình Dương thường di chuyển về phía đông, băng qua các dãy núi tạo ra hiệu ứng làm nóng và khô đáng kể.
