Нижньовартовськ знаходиться в зоні помірного, континентального клімату. Літо в місті короткий, всього 70-80 днів, і спекотне, зима довга з затяжними морозами. Міжсезоння короткий. Середнє значення річної температури - -1 градус.
На формування клімату впливає місце розташування міста - із заходу вітрам перегороджує шлях Уральський хребет, зате місто повністю відкритий для холодних арктичних мас. Перешкод для них немає через рівнинного характеру місцевості. Погодні умови швидко змінюються в демісезонні періоди і протягом доби.
Для зими характерний стійкий глибокий сніговий покрив протягом 200-210 днів глибиною 50-80 мм, середнє температурне значення для січня -22 ... -24 градуси. Абсолютний температурний мінімум хоч і відзначався в грудні - -59 градусів, проте, січень вважається найхолоднішим місяцем. У період жовтень-квітень позитивні температури не спостерігаються. Взимку дмуть вітри з півдня.
Весна і осінь в місті дуже короткі, для весни характерні пізні заморозки, для осені - ранні. Заморозки з мінусовою температурою можуть проявлятися до середини червня. У жовтні - першій половині листопада утворюється сніговий покрив, який остаточно зникає в другій половині квітня-першій половині травня. Весна холодніша, ніж осінь. Нижневартовская погода в демісезонні нестабільна.
Найтепліший літній місяць - липень характеризується середньою температурою + 16 ... + 17 градусів і має значення абсолютного зафіксованого мінімуму +34 градуси. До цього значення річна температура підвищується практично щороку. У цю пору року переважають холодні північні вітри. Влітку випадає максимальна кількість опадів за рік у вигляді дощів.
Найбільш високі середньорічні температури зафіксовані в 1994 р, а найменші - в 2010 р За останні 25 років середньорічна температура має невелику тенденцію до зниження. Для Нижньовартовська характерна висока мінливість сезонних кліматичних, метеорологічних явищ. Жити в місті дуже некомфортно через зимових низьких температур, і літньої схильності сильних вітрів. Середня вологість складає 73%, а середня кількість опадів, що випали змінюється по роках, максимальне значення було досягнуто в 2007 р, мінімальне - у 2003 р Кількість опадів становить 400-620 мм щорічно. Сонячне сяйво в рік проявляє себе в середньому 1600-1900 годин.