Так как парк находится в горах, на его территории имеются заметные климатические различия. Рекордно высокая температура (37 °C) наблюдалась в 1936 году, рекордно низкая (-54 °C) в 1933 году. Летом (с июня по начало сентября) максимальная дневная температура колеблется обычно между 20 и 25 градусами, а ночью высоко в горах может опускаться ниже нуля. Летом часто случаются грозы. Весной и летом дневная температура обычно колеблется между 0 и 20 градусами, ночная — между −5 и −20. Зимы холодные, со средними температурами ниже −5 °C.
Уровень осадков сильно варьирует по всей территории парка. Меньше всего — 380 мм в год — выпадает около Мамонтовых горячих источников, больше всего — 2000 мм в год — на северо-западе парка. Снег может выпасть в любое время года.
Очень редко случаются торнадо. Наиболее сильный ураган зафиксирован 21 июля 1987 года, скорость ветра составила от 93 до 116 м/сек. После торнадо осталась полоса разрушения шириной около 3 км и длиной 38 км, в которой были повалены деревья в сосновом лесу.
