อุทยานแห่งชาติดอยภูคา มีสภาพภูมิอากาศ แบ่งออกเป็น 3 ฤดูกาล คือ
ฤดูฝน ระหว่างเดือนพฤษภาคม - ตุลาคม มีฝนตกชุก
ฤดูหนาว ระหว่างเดือนพฤศจิกายน- กุมภาพันธ์ ในเดือนธันวาคม - มกราคม จะมีอากาศหนาวจัด เฉลี่ยประมาณ 10 องศาเซลเซียส
ฤดูร้อน ระหว่างเดือนมีนาคม - เมษายน อุณหภูมิโดยเฉลี่ยประมาณ 30 องศาเซลเซียส กลางคืนโดยเฉลี่ย 25 องศาเชลเชียส