Беласица попада в Континентално-средиземноморската климатична област, Южно-българската климатична подобласт, Планински климатичен район – среднопланинска част (с надморска височина от 1000 до 1800 м) и Малашевско-Пирински нископланински климатичен район (с надморска височина от 301 до 1000 м).
Най-характерна и специфична черта на района е взаимното влияние на проникващото по долината на р.Струма средиземноморско течение с континенталното, проникващо от север. По-голямо значение за климата на района има близостта му до Средиземно море, чието влияние се проявява силно по територията на целия район. Въпреки разположението си обаче Беласица притежава специфичен микроклимат с добри условия за развитие на дървесна растителност по северните си склонове. Планинската верига служи като преграда за влажните въздушни маси на средиземноморските циклони, което създава условия за образуването на конверсия и падането на проливни дъждове. Показателно за високата влажност в планината е и високото участието на папратовидните растения във флората. Процентното им участие сравнено с участието на папратовидните във флорите на други планини в България е значително по-високо.
Климатът в Малашевско-Пиринският нископланински район e топъл и с недостатъчно валежи, особено в долните части. Продължителността на вегетационния период в този район е 8 месеца. Зимата е мека, с валежи повече от дъжд, но се задържа и трайна снежна покривка. Средната януарска температура се движи от 2 до 15°С. Лятото в по-ниските части е топло, а в по-високите – умерено топло и сухо. Средната юлска температура е 21°С. Средната годишна температура за района е 12,5°С за ниските и 8,5°С за високите части. Средната годишна сума на валежите е 625-750 мм, като максимумът е през зимата, а минимумът – през лятото. Най-много валежи падат през месец ноември, а най-малко – през месец август.
Планинският климатичен район обхваща териториите от планината с надморска височина над 1000 м н.в. В най-ниските части на района средната температура през най-студения месец януари е –2°С, а в най-високите – –7°С. Пролетта в този район настъпва по-късно и се отличава с голяма облачност и мъгливост. Устойчивото задържане на температурите над 10° С е през месец май. Средната юлска температура е от 10,5°С до 18°С. Сезонните валежи в района са доста изравнени. Характерен елемент в климатичните условия, главно за по-високите и открити части на планината са честите и силни ветрове, особено през зимата.