آب‌وهوای چرمهین در بیشتر ایام سال معتدل و نسبتاً خشک است. به‌دلیل قرار گرفتن در نزدیکی رشته‌کوه زاگرس و مجاورت با رودخانه زاینده‌رود، این شهر از زمستان‌هایی سرد و تابستان‌هایی گرم اما قابل‌تحمل برخوردار است. بارش‌ها بیشتر در فصل زمستان و اوایل بهار رخ می‌دهد و گاهی با بارش برف همراه است. در تابستان‌ها نیز شب‌ها هوای خنک و دلپذیری دارد که آن را از شهرهای مرکزی گرم و خشک متمایز می‌سازد. به‌طور کلی، آب‌وهوای چرمهین تلفیقی از ویژگی‌های کوهستانی و فلات مرکزی ایران است؛ یعنی نه آن‌قدر خشک و گرم، و نه کاملاً سرد و مرطوب.