براساس تقسيم بندی كوپن شهرستان سراب دارای اقليم مديترانه ای گرم، استپی سرد و كوهستانی سرد است. ماه های خشک و يخ بندان آن بين 5 تا 8 ماه است. ميزان بارندگی اين شهرستان350 ميلی متر و متوسط درجه حرارت آن 30 درجه سانتی گراد است. شهرستان سراب دارای زمستان های پربرف و سرد و تابستان های معتدل است. براساس گزارش های سازمان هواشناسی، شهرستان سراب بيش ترين روزهای يخ بندان را در سراسر استان آذربايجان شرقی دارا است.