Климат Ульяновска — умеренно континентальный, с умеренно жарким летом и морозной зимой. Среднегодовая температура составляет +5,0 °C, а осадков выпадает около 470 мм в год. Самый тёплый месяц — июль (средняя +20,2 °C), самый холодный — февраль (−10,4 °C). Рекордная жара +39,3 °C была зафиксирована 2 августа 2010 года, а абсолютный минимум −40,0 °C — 2 февраля 1967 года. Осадки распределены неравномерно: максимум приходится на июнь (63 мм), минимум — на февраль и март (по 24 мм), при этом годовой рекорд составил 683 мм в 2011 году, а минимум — 296 мм в 1976-м. В городе преобладают западные ветры (35%), а климат формируется под влиянием атлантических циклонов, а также сибирских и арктических антициклонов зимой.