İç Anadolu'nun tüm yörelerinde olduğu gibi Afyonkarahisar ilinde de kara iklimi hüküm sürer. Ancak bu kara ikliminin yanı sıra Ege Denizi'nden gelen ve iklime az da olsa yumuşatan hava akımlarının etkisi altındadır. Afyonkarahisar iklimi yazları sıcak ve kurak, baharları ılık ve yağışlı, kışları soğuk ve kar yağışlı olarak tanımlanır. 1015 metre yüksekte kurulu Afyonkarahisar kentinin yıllık ortalama ısısı 11.2 derecedir. En soğuk ay ortalaması 0.3 derece olan ilin en sıcak ay ortalaması 22.1 derecedir. Kaydedilen en düşük ısı 30 Aralık 1948'deki 27.2 derecedir. 14 Ağustos 1953 gününde ulaşılan 37.8 derece de, ilin rekor sıcaklığıdır. Baharların yağmur, kışların kar yağışlı geçtiği Afyonkarahisar ilinin yıllık yağış ortalaması 461 mm.'dir. Yazın, özellikle Ağustos ayında görülen yağışlar, sağanak biçimde olup, il'e yarar değil, zarar verir. Bu özellik dışında yazlar kurak ve sıcak geçer.
Afyonkarahisar Ege bölgesinde olmasına rağmen Ege iklimiyle bağdaşmaz. Yükselti ve denizden uzaklık
sebebiyle Afyonkarahisar'ın iklim şartlarında İç Anadolu iklimine benzerlik görülür. Daha çok kışları soğuk ve kar yağışlı, yazları sıcak ve kurak bir step iklimi görülür. İlkbahar ve sonbaharda yağışlar yağmur şeklindedir. En sıcak ay ortalaması 22,1 derece, en soğuk ay ortalaması 0,3 derecedir. Afyonkarahisar'da günümüze kadar rastlanan en düşük sıcaklık - 27,2 derece (30.12.1948), en yüksek sıcaklık ise 39,8 derecedir (29.07.2000).
Afyonkarahisar'da sıcaklığın sıfır dereceye düştüğü günlerin, yani don olayı görülen günlerin sayısı 94'tür. Afyonkarahisar'da yıllık yağış miktarı 455 mm.dir. İlde yıllık ve günlük sıcaklık farkları yüksektir. Afyonkarahisar'da meteorolojik gözlemlere 1929 yılında başlamıştır. İl Merkezinde bir gözlem istasyonu vardır