臨沂在最冷的季節大約會降至零下10攝氏度。該市七月平均氣溫介于23至31攝氏度之間。白天平均溫度為31攝氏度，適宜穿著輕薄透氣的短裝，如短袖、短裙或短褲。夜晚平均溫度下降至23攝氏度，適合穿著棉麻等材質的襯衫、輕薄長裙或T恤。臨沂的氣候類型屬于溫帶季風氣候，具有溫和的氣溫、明顯的四季變化、充足的陽光、充沛的雨量以及雨熱同季的特點。春季溫暖且干燥，常受干旱、寒潮和晚霜凍的影響。夏季則高溫多濕，雨量充沛，易遭受洪澇、大風和冰雹等災害。秋季氣溫迅速下降，雨量減少，天氣晴朗涼爽，但偶爾也會出現秋旱或連陰雨的情況。冬季則寒冷干燥，雨雪稀少。臨沂境內水系發達，主要河流為沂河和沭河，共有支流1035條，長度超過10千米的河流超過300條。這些河流大多分布在淮河流域的孫磨地區。沂河源頭位于沂源、蒙陰和新泰三縣交界的老松山北麓，流經多個縣區后南流入江蘇省，最終注入黃海，全長570千米，境內流長287.5千米，歷史上最大流量達到每秒1.54萬立方米（1957年數據）。