На Крайнем Севере климат формируется под воздействием арктических масс воздуха и в меньшей мере атлантических. Среднегодовая температура на территории НАО понижается с юго-запада на северо-восток.

Климат в округе суровый: средняя температура января от −12 °C на юго-западе до −22 °C на северо-востоке, средняя температура июля от +6 °C на севере до +13 °C на юге; количество осадков − около 350 мм в год; многолетняя мерзлота. Температура воздуха в летний период определяется величиной солнечной радиации и потому закономерно повышается с севера на юг. Средняя температура июля в Нарьян-Маре составляет +12° С. В холодную половину года основным фактором температурного режима является перенос тепла с Атлантики, поэтому отчетливо выражено понижение температуры с запада на восток. Средняя температура января в Нарьян-Маре −16° С, зима длится в среднем 220-240 дней.

Вся территория округа расположена в зоне избыточного увлажнения. Годовое количество осадков колеблется от 400 мм (на побережьях морей и на арктических островах) до 700 мм. Минимум осадков наблюдается в феврале, максимум — в августе — сентябре. Не менее 30% осадков выпадает в виде снега, присутствует многолетняя мерзлота. На всей территории округа избыточное увлажнение. В районе Нарьян-Мара за теплый период (май-октябрь) испаряется менее 50% (206 мм) выпавших за год осадков.

Отчёливо проявляется различие температур воздуха с запада на восток и с севера на юг:
- на западе климат более теплый и влажный; среднегодовая температура −1°; самый холодный месяц январь (−9°…−12°); продолжительность зимы 180 дней; вегетационный период 100-110 дней;
- на востоке среднегодовая температура −9°; самый холодный месяц январь (−22°); средняя температура января −20°; продолжительность зимы до 230 дней; вегетационный период – 72-94 дня; осадки: в год около 400-500 мм, из них 30% - снег; снежный покров в тундре 40-50 см, в лесотундре– 80-100 см; среднегодовая скорость ветра – 3,5 – 5,6 м/с, более сильный ветер зимой.