双牌县雨量充沛，光照足，积温多，气温高。地域差异十分明显，山地小气候丰富多样。双牌县属中亚热带季风湿润气候区。气候总的特征是冬夏长，春秋短;热量丰富，雨水充沛，温暖湿润;夏少酷暑，严寒期短;春温多变，春寒明显;降水集中，夏秋多旱。受境内地貌因素影响，气候有鲜明的地方特征。

双牌县城年平均气温17.6℃，年际变动在16.9~18.2℃之间，变幅1.3℃。1月最冷，平均最低气温3.5℃。极端最低气温-5.8℃，年际变动在-0.1~-5.8℃之间。7月最热，平均最高气温33.6℃。极端最高气温39.4℃，年际变动在35.6~39.4℃之间。气温的年较差22.5℃。平均日较差，1月5.9℃，7月9.1℃，年均7.4℃。

历年各地日平均气温稳定通过10℃的平均初日在3月20日~4月2日之间，平原丘陵区较早，山区较迟;平均终止日期在11月6~26日，山区较早，平原丘陵区较迟。间隔天数219~252天，积温4396~5649℃。海拔低，积温多;海拔升高，积温减少。从1991~2002年，县内历年日平均气温稳定通过10℃的初日在3月16日到4月5日之间，终日在11月9日至12月11日之间，间隔天数在210~259天之间，积温4823.0~6190.1℃，海拔低积温高，海拔升高积温减少。

双牌为湖南省多雨区之一。受季风和地貌特征的影响，西南暖湿气流入境后受高山阻滞被迫抬升，与高空冷空气相接，是形成大气降水的良好条件。县内平均年降雨量1512.44毫米，80%地区多于1500毫米，20%地区在1284~1500毫米之间。阳明山区的黄柏洞和紫金山区的司仙坳为两个降雨中心，年降雨量多于1600毫米。