ภูมิอากาศเป็นแบบกึ่งแห้ง จัดอยู่ในเขตหนาว

หลานโจว เป็นหนึ่งในเมืองที่มีมลพิษมากที่สุดในจีน อากาศแย่จนบางเวลาไม่สามารถเห็นภูเขาหลานซาน (Lanshan) ซึ่งตั้งอยู่ทางใต้ของเมือง เมืองถูกตั้งอยู่ในหุบเขาแคบและโค้ง ซึ่งทำให้อากาศไม่ถ่ายเท หลานโจวยังเป็นที่ตั้งของโรงงานมากมาย รวมถึงการโรงงานแปรรูปปิโตรเลียม และได้รับผลกระทบจากพายุฝุ่นซึ่งพัดพามาจากทะเลทรายโกบี โดยเฉพาะในฤดูหนาวและฤดูใบไม้ผลิ