Sivas'ın karasal bir iklimi vardır. Kışları soğuk ve sert geçer, genelde kış aylarında bol kar yağışı görülür ve ortalama 3-5 ay karla örtülüdür. Yazları sıcak ve kurak, ilkbahar ve sonbahar ayları yağmurlu geçer. Her ne kadar kışlar soğuk geçse de, ilin Kuzey bölümünde, "Koyulhisar ve Suşehri ilçelerinde" karasal iklimden tipik Karadeniz iklimine geçiş görülür. Bu bölgelerde, iç kesimlere göre havalar ılık geçer.

Yapılan gözlem ortalamalarına göre (son 50 yıl içinde gözlenen) en soğuk ay -34.6 derece ile Ocak ayıdır. En sıcak ay 38.3 derece ile Temmuz ayıdır, aylık yağış ortalaması en yüksek ay Mayıs, en düşük ay Ağustostur. 1992 yılında gözlenen en yüksek nem oranı %80.0 ile Aralık ayı; en düşük ay %55.2 ile Ağustos ayıdır. Aynı yılda en yüksek basınç 874.1 mb olarak Ocak ayı, en düşük ay ise 868 mb olarak Şubat ayıdır.

Sivas Türkiye'nin köy sayısı itibariyle birinci, yüzölçümü itibariyle ikinci sırasında yer almaktadır.