木林子自然保护区地处亚热带，区内皆山，地形复杂，山系属武陵山脉石门支脉，大陆性季风湿润气候。其气候特点是雨热同季，时空分布不均，春夏季多于秋冬，春秋多阴雨，夏季强度大，冬季雨量小雾多，蒸发小，湿度大。地表高差悬殊，切割深、立体气候显著，低山温润，中高山温和，高山温凉，春季平均90天，由低山到高山逐渐增多。夏季平均45天，由低山到高山逐渐减少。秋季平均76.3天，由低山到高山逐渐增加。冬季平均153.3天，由高山到低山逐渐减少。历年平均气温，随地势变化从河谷到低山、中高山、高山依次递减。海拔每上升100m，气温下降0.61℃，1~2月最冷，7~8月最热。历年极端最高气温：低山40.7℃，中高山35℃，高山30.2℃；历年极端最低气温：低山-10.1℃，中高山-10.5℃，高山-22.1℃。
（1）日照。年总辐射量为87~90 kcal/ cm2，低山87 kcal/ cm2，中高山90 kcal/ cm2；日照时数低山年平均1253h，中高山年平均1342h。
（2）气温。保护区年平均温度为15.5℃，最冷月（１月）平均气温为4.6℃，最热月（７月）平均气温为26℃，年较差为21.4℃，极端最低温度为-4.9℃；全年有效积温（≧10℃）约为4925.4℃；无霜期270~279天。
（3）降水。保护区内年均降水量1733.7ｍ，季节分配稍有不均，其中4~9月降水量占全年降水量的78.1%。
（4）湿度和蒸发。保护区年平均相对湿度为82%，除降水相对较少的1~3月的相对湿度分别为77%、78%、79%外，其他月份的相对湿度均在80%以上。年蒸发量仅为1016mm，降水量为蒸发量的1.71倍。
（5）风。区内地形复杂，一般以静风为主，其次是西南风，平均风速较小。但遇恶劣天气，也伴有大风出现，一般都为雷雨大风和寒潮大风。鹤峰县城关容美镇历年最大风速达15m/s，全年平均风速为0.8m/s，风向为东北向。
主要气象灾害有春秋连阴雨、旱灾、冰雹、暴雨（洪涝）、冰冻、风灾等灾害，个别年份对农业、林业、特产、交通及其他方面造成灾害。在保护区内，特别是在下坪区会带来较大的影响。
