На край­нем се­ве­ре Во­сточ­но-Ев­ро­пей­ской рав­ни­ны кли­мат суб­арк­ти­че­ский, бо́льшая часть рав­ни­ны рас­по­ло­же­на в уме­рен­ном кли­ма­ти­че­ском поясе. В на­прав­ле­нии с за­па­да на во­сток кли­мат ста­но­вит­ся более су­ро­вым и сухим, а на юго-во­сто­ке, на При­ка­спий­ской низ­мен­но­сти, от­ли­ча­ет­ся жар­ким за­суш­ли­вым летом и хо­лод­ной ма­ло­снеж­ной зимой. Сред­няя тем­пе­ра­ту­ра воз­ду­ха в ян­ва­ре от –2 до  на юго-за­па­де Во­сточ­но-Ев­ро­пей­ской рав­ни­ны по­ни­жа­ет­ся до  на се­ве­ро-во­сто­ке. Сред­няя тем­пе­ра­ту­ра воз­ду­ха в июле уве­ли­чи­ва­ет­ся с се­ве­ра на юг от +6 до  и до  на юго-во­сто­ке. Се­вер­ная и цен­траль­ная части рав­ни­ны ха­рак­те­ри­зу­ют­ся из­бы­точ­ным и до­ста­точ­ным увлаж­не­ни­ем, южная часть  — не­до­ста­точ­ным и скуд­ным. Наи­бо­лее увлажнённая часть Во­сточ­но-Ев­ро­пей­ской рав­ни­ны (между 55–60° с. ш.) по­лу­ча­ет в год 700–800 мм осад­ков на за­па­де и 600–700 мм на во­сто­ке. Их ко­ли­че­ство умень­ша­ет­ся к се­ве­ру (в тундре до 450–550 мм) и к югу и юго-во­сто­ку. Мак­си­мум осад­ков при­хо­дит­ся на лето. Зимой снеж­ный по­кров (мощ­ность 10–20 см) лежит от 60 дней в году на юге до 220 дней (мощ­ность 60–70 см) на се­ве­ро-во­сто­ке.