อุทยานแห่งชาติภูกระดึงมีภูมิอากาศบริเวณพื้นราบรอบเชิงเขาเหมือนกับบริเวณอื่นๆในภาคตะวันออกเฉียงเหนือ โดยได้รับอิทธิพลจากลมมรสุมตะวันตกเฉียงใต้ และมรสุมตะวันออกเฉียงเหนือ ฤดูฝนเริ่มตั้งแต่เดือนเมษายน-ตุลาคม ฝนตกชุกที่สุดระหว่างเดือนสิงหาคม-กันยายน อุณหภูมิเฉลี่ยทั้งปีอยู่ที่ 26 °C อุณหภูมิต่ำสุดอยู่ในเดือนมกราคม และอุณหภูมิสูงสุดอยู่ในเดือนเมษายน ปริมาณหยาดน้ำฟ้า 1,242 มิลลิเมตรต่อปี ความชื้นสัมพัทธ์เฉลี่ยทั้งปีอยู่ที่ 72%[4]

สภาพอากาศบนยอดภูกระดึง มีปริมาณหยาดน้ำฟ้าเพิ่มขึ้นอีกไม่ต่ำกว่าร้อยละ 30 ของปริมาณหยาดน้ำฟ้าบนที่ราบเชิงเขา สาเหตุมาจากอิทธิพลของเมฆและหมอกที่ปกคลุมยอดเขา ความชื้นสัมพัทธ์เฉลี่ยทั้งปีอยู่ที่ 90% อุณหภูมิเฉลี่ย 19.7 °C[4] ในฤดูหนาวช่วงเดือนธันวาคม-มกราคม มีอุณหภูมิต่ำสุดอยู่ระหว่าง 0-10 °C อุณหภูมิสูงสุดอยู่ระหว่าง 21-24 °C ส่วนในฤดูร้อนระหว่างเดือนมีนาคม-เมษายน อุณหภูมิต่ำสุดอยู่ระหว่าง 12-19 °C อุณหภูมิสูงสุดอยู่ระหว่าง 23-30 °C อากาศบนยอดภูกระดึงมักจะแปรปรวน มีเมฆหมอกลอยต่ำปกคลุมบ่อยครั้ง อากาศจึงค่อนข้างเย็นตลอดทั้งปี[7]