Stosunki klimatyczne Ojcowskiego Parku Narodowego są uwarunkowane niezwykle zróżnicowaną rzeźbą, a w związku z tym zmiennością ekspozycji, dużymi deniwelacjami terenu oraz stopniem pokrycia przez szatę roślinną. Klimat Parku ma cechy klimatu górskiego m.in. pod względem rozkładu nasłonecznienia, dużych amplitud dobowych temperatur powietrza, częstych inwersji, niskich niedosytów wilgotności.

Wielkość rocznych opadów atmosferycznych w latach 1990-2006

Wg regionalizacji klimatycznej E. Romera, obszar OPN i okolic został zaliczony do regionu Wyżyn Środkowych, Krainy Śląsko-Krakowskiej, odznaczającej się skróceniem pośrednich pór roku, tzw. szarugi jesiennej i wiosennej. W rejonie Ojcowa szarugi trwają tylko 55 dni rocznie (w Karpatach - 67 dni, nad Bałtykiem aż 87 dni).
   Ojcowski Park Narodowy odznacza się wyraźną odrębnością klimatu. Nasłonecznienie zboczy, silnie uzależnione od rzeźby i ekspozycji odgrywa dużą rolę w kształtowaniu się stosunków mezo- i mikroklimatycznych, termicznych i wilgotnościowych.
Stosunki termiczne wykazują szczególnie ścisłe powiązania z rzeźbą terenu. Średnia temperatura roku na wierzchowinie wynosi 7,5°C, na stokach o ekspozycji pn. 6,6°C, natomiast na dnie doliny 6,2°C (dla Krakowa średnia temperatura roczna wynosi 8°C).
   W przekrojach poprzecznych Dolin Prądnika i Sąspowskiej zaznaczają się duże kontrasty termiczne i wilgotnościowe. Jeśli np. na skałkach o wystawie pd. temperatura w przyziemnej warstwie powietrza w letni dzień o ok. godz. 12 osiąga wartość 60°C, to w lesie jaworowym na pn. stoku tylko 22°C. Amplituda temperatur w tych siedliskach dochodzi więc niemal do 40°C.
   Stosunki termiczne wpływają także na długość termicznych pór roku. Termiczna zima (okres, w którym średnia dobowa temperatura jest niższa od 0°C) na wierzchowinie jest krótsza o dwa tygodnie niż w dolinach, natomiast lato (średnia dobowa temperatura przekracza 15°C) jest na wierzchowinie dwukrotnie dłuższe niż w dnach dolin.

Średni opad miesięczny
w latach 1990-2006

Przeciętna suma opadów również wykazuje pewne zróżnicowanie. Najwyższe opady notuje się na zboczach o ekspozycji pn. i na wierzchowinach (824-830 mm), mniejsze natomiast w dnach dolin, które pozostają w tzw. cieniu opadowym. Dolina Prądnika, większa i szersza, otrzymuje średnio 773,7 mm opadu rocznie, a Sąspowska - o węższym dnie - tylko 748,7 mm. W ciągu roku notuje się przewagę opadów letnich nad zimowymi. Miesiące letnie (VI-VIII) dostarczają aż 40% rocznych opadów. W ciągu ostatnich kilku lat obserwuje się niewielki spadek wielkości opadów, chociaż zdarzają się anomalie pogodowe. W maju 1996 r. we wsi Sułoszowa, w bezpośrednim sąsiedztwie OPN dwukrotnie (15 i 18 V) wystąpiła powódź spowodowana deszczami nawalnymi. Wody zalały łąki w Dolinie Prądnika i wyrządziły znaczne straty materialne. W lipcu 1997 r. miesięczny opad w Ojcowie wyniósł aż 258,7 mm, podczas gdy zazwyczaj opad w tym miesiącu w rejonie OPN nie przekracza 100 mm. Liczba dni z pokrywą śnieżną waha się średnio od 50 do 107. Śnieg leży krócej na wierzchowinie (Biały Kościół - 50 dni, Smardzowice - 62 dni), najdłużej zaś w dolinie Sąspowskiej (107 dni).

Przebieg średniej temperatury miesięcznej
w latach 1997-2001

Na wierzchowinie przeważają wiatry z kierunków zach. W dnach dolin wiatry są słabsze i wieją wzdłuż ich osi, a mniejsze doliny i wciosy są zaciszne. Charakterystyczna jest duża ilość cisz (w miesiącach IX, XI, III), które sprzyjają powstawaniu inwersji termicznych. Doliny odznaczają się dużą wilgotnością i wykazują pod tym względem pewne analogie z wyższymi partiami gór.
   Mikroklimat Doliny Prądnika jest nieco łagodniejszy niż Doliny Sąspowskiej; w pierwszej notuje się wyższe temperatury na zboczach o ekspozycji zach. niż wsch. i mniejsze kontrasty termiczne. W czasie pogody deszczowej i pochmurnej różnice termiczne ulegają znacznemu złagodzeniu, a wilgotnościowe zacierają się.
   Na obszarze Parku dr J. Klein wyróżnił aż 20 wyraźnie różniących się między sobą jednostek mikroklimatycznych uzależnionych od szaty roślinnej (głównie leśnej), podłoża i rzeźby oraz mających również udział w wyjątkowym zróżnicowaniu środowiska geograficznego Parku.