ลักษณะภูมิอากาศของอุทยานแห่งชาติแม่ปืมเป็นแบบมรสุมเขตร้อน โดยได้รับอิทธิพลจากลมมรสุมตะวันตกเฉียงใต้ในช่วงฤดูฝน และลมมรสุมตะวันออกเฉียงเหนือในช่วงฤดูหนาว อูณหภูมิเฉลี่ยประมาณ 25 องศาเซลเซียส มีอุณหภูมิต่ำสุดในเดือนธันวาคม 9 - 12 องศาเซลเซียส ปกติฝนตกหนักในช่วงเดือนพฤษภาคม - ตุลาคม ปริมาณน้ำฝนที่วัดได้เฉลี่ยประมาณ 1,550 มิลลิเมตรต่อปี