Diyarbakır'da sert bir kara iklimi egemendir. Yazları çok sıcak geçer. Ama, kış soğukları Doğu Anadolu'nda olduğu kadar şiddetli değildir. Bunun başlıca nedeni, Güneydoğu Toroslar yayının kuzeyden gelen soğuk rüzgarları kesmesidir. İl merkezindeki meteoroloji istasyonunun gözlemlerine göre, en sıcak ay ortalaması 31 derece, en soğuk ay ortalaması ise 1,8 derecedir. Bugüne değin ölçülen en yüksek sıcaklık 46,2 derece ile 21 Temmuz 1937 gününde, en düşük sıcaklık ise -24,2 derece ile 11 Ocak 1933 günü olmuştur.

496 milimetre olan yıllık ortalama yağış tutarının ancak yaklaşık yüzde 2'si yaz aylarında düşer. Kuzeydeki dağların eteklerine doğru gidildikçe yağışlar da artar. Örneğin yıllık yağış tutarı Silvan'da 729, Ergani'de 767, Kulp'ta 1.156, Lice'de ise 1.293 milimetredir.

Son yıllarda yapılan barajların oluşturduğu yapay göller (Karakaya, Atatürk, Batman, Silvan Barajları) geniş buharlaşma yüzeyleri oluşturmaktadır.Bu nedenle de Diyarbakır Havzası'nın kuru havasının nisbi neminde bir artış olmuştur. Ortalama nispi nem, en çok Aralık ve Ocak aylarında ölçülmüştür. Bu aylarda % 77'ye çıkar.Temmuz-Ağustos aylarında ise nispi nem değerleri % 20'ye düşmektedir. 

Bitki Örtüsü

Doğal bitki örtüsünü, genellikle otsu bitkilerin ağır bastığı bozkır bitkileri oluşturur. Bunlar ilkbaharda kısa bir süre içinde yeşerip çiçeklenir, ama yağışların kesilmesiyle yaz başında kururlar. Çevredeki dağlar, yer yer meşe ormanlarıyla kaplıdır. Orman bakımından çok yoksul olan Karacadağ'ın Diyarbakır ili içindeki kesimlerinde yer yer meşe topluluklarına rastlanır. Ama ormanlar, ilin toplam yüzeyinin onda birini bile bulmaz.