In de Hoge Venen heerst een gematigd boreaal-atlantisch klimaat met een lichte neiging naar een continentaal klimaat. Koele, vochtige zomers wisselen af met lange, sneeuwrijke winters. Bepalend voor de temperatuur is vooral de hoogte, per 100 meter stijging daalt de temperatuur circa 0,6°C. De gemiddelde jaartemperatuur bovenop de Hoge Venen bedraagt 6,1°C. Tussen december en februari ligt de gemiddelde temperatuur onder 0°C, in januari zelfs gemiddeld bij -1°C. In juli bereiken de temperaturen gemiddelde waarden van 16°C. Het vriest hier tot -20°C, er worden gemiddeld 134 vorstdagen geteld, waarbij de minimumtemperatuur onder 0°C komt en 36 ijsdagen, waarbij zelfs de maximumtemperatuur niet boven 0°C komt. Juli is de enige maand is zonder (nacht-) vorst. Het aantal dagen met zonneschijn is bijzonder laag, gemiddeld slechts 20 dagen.
De sneeuwbedekking duurt ieder jaar ongeveer 43 dagen, maar kan variëren van 10 tot 70 dagen per jaar. Daarbij wordt het aantal dagen gemeteten dat er minstens 1 centimeter sneeuw ligt. De jaarlijkse neerslag bedraagt 1.100 tot 1.400 mm. Er valt neerslag op ongeveer 200 dagen per jaar en ongeveer 150 dagen per jaar is er mist, vooral op de noordwestelijke flank (meetdata van het meteorologisch station van Mont- Rigi). De hoge neerslaghoeveelheden kunnen worden verklaard door de oriëntatie van de heuvelketen. Ze vormen het eerste obstakel voor de overheersende, vochtige zuidwesten- en westenwinden. Deze zijn afkomstig van de Atlantische oceaan en derhalve gevuld met grote hoeveelheden vocht. Door de stijging tegen het op 600 meter hoogte gelegen plateau koelt de lucht af, de waterdamp condenseert en valt tenslotte naar beneden. Het water van de Hoge Venen voedt vele beekjes, welke op hun beurt weer diverse stuwmeren voeden.