Sivas, Türkiye'nin İç Anadolu Bölgesi'nde yer aldığından karasal iklim özellikleri gösterir. Bu iklim tipi, genellikle sıcaklık farklarının mevsimler arası ve gün içinde oldukça belirgin olduğu bir iklimdir. Kış ayları soğuk ve kar yağışlı geçerken, yaz ayları sıcak ve nispeten kurak geçer. İlkbahar ve sonbahar mevsimleri genellikle kısa süreli ve geçiş dönemleri olarak yaşanır.
Kış aylarında, özellikle Aralık ve Ocak aylarında, sıcaklıklar sıkça sıfır derecenin altına düşer. Bu dönemde kar yağışı oldukça yaygındır ve kar örtüsü uzun süre yerde kalabilir. Sivas'ın yüksek rakımı (ortalama 1285 metre) nedeniyle, kış mevsimi oldukça sert geçer. Şubat ayına doğru sıcaklıklar yavaş yavaş yükselmeye başlar ancak gece-gündüz sıcaklık farkları büyük olmaya devam eder.
Yaz ayları, temmuz ve ağustos aylarında, sıcaklıklar genellikle 30 derece Celsius ve üzerine çıkar. Ancak gece ile gündüz arasındaki sıcaklık farkı yine belirgindir. Bu dönemde yağışlar oldukça azdır ve çoğunlukla kuru bir hava hakimdir. Nem oranı düşük olduğundan, sıcak hava daha az bunaltıcı hissedilir.
İlkbahar ve sonbahar, Sivas için değişken hava koşullarının gözlendiği mevsimlerdir. İlkbaharda, Mart ve Nisan ayları genellikle yağışlı geçer. Bu yağışlar, genellikle yağmur şeklinde olup, bazen karla karışık yağmur olarak da görülebilir. Sonbahar ayları olan Eylül ve Ekim, genellikle ılıman geçer ve bu dönemlerde de yağışlar görülür.
Sivas'ta rüzgarlar genellikle kuzey ve kuzeybatı yönlerinden eser. Kış aylarında soğuk ve kuru kuzey rüzgarları, hissedilen sıcaklığı daha da düşürürken, yazın esen rüzgarlar genellikle serinletici etki yapar. Rüzgarın bu etkisi, özellikle açık alanlarda ve yüksek kesimlerde daha fazla hissedilir.
Sivas'ın iklimi, şehrin yaşam koşulları üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Sert kış koşulları, ısınma ihtiyacını artırırken, kar yağışı nedeniyle kış turizmi için de bazı potansiyeller sunar. Yazın sıcak geçen günler, özellikle yaşlılar ve kronik hastalığı olanlar için zorlayıcı olabilir. Ancak genel olarak düşük nem oranı, yaz sıcaklarını daha tolere edilebilir kılar. Mevsimler arası geçiş dönemlerindeki yağışlar ise tarım için hayati önem taşır, zira bu dönemler ekinlerin sulanması ve toprağın nem dengesinin korunması açısından kritiktir.