อุทยานแห่งชาติภูจอง-นายอย อยู่ในเขตภูมิอากาศแบบ ภูมิอากาศแบบทุ่งหญ้าสะวันนา (Tropical savanna climate) คือมีช่วงความแตกต่างของฤดูฝนและฤดูแล้งอย่างเห็นชัดเจน มีช่วงกลางวันยาวในภาคฤดูร้อน และมีอุณหภูมิเฉลี่ยสูงตลอดปีประมาณ 35.9 องศาเซลเซียส ปริมาณน้ำฝนเฉลี่ยทั้งปี 1,125.6 มม. ปริมาณน้ำฝนเฉลี่ยสูงสุดในเดือนสิงหาคม ประมาณ 322.6 มม. ความชื้นสัมพัทธ์โดยเฉลี่ยทั้งปี 72.9 %