Vrnjačku Banju odlikuje umereno kontinentalna klima ali izmenjena lokalnim karakteristikama. Te lokalne specifičnosti koje su uticale na izmenu klime uslovljene su geografskim odlikama i odlikama same banje. Naime masivni planinski venci južno od banje u saradnji sa gustom vegetacijom i velikim parkovskim površinama u samoj banji, donekle su izmenili regularne odlike umerene kontinetalne klime.
Vrnjačku Banju odlikuju umerno topla leta i umereno hlade zime, ali zbog već pomenutih mikroklimatskih osobenosti, ponekad zime u Vrnjačkoj Banji umeju biti i hladnije nego što je specifično za umereno kontinentalnu klimu. Leti, zbog svežih vetrova koji se spuštaju sa Goča, banja gotovo i da nema tropske noći, već blage prijatne večeri, ušuškane u bujnu vegetaciju koja dodatno vazduh održava svežim i prijatnim. Ujedno, planinsko okruženje, koje je leti čuva od vrelih noći, sprečava da do banje dopru jaki vetrovi. To omogućuje ostvarenje impozantne brojke od 170 dana godišnje bez vetra, a da se pritom ne misli samo na jake vetrove.
Umerena oblačnost, Vrnjačku Banju prati tokom najvećeg dela godine. Prosečno, na godišnjem nivou, Vrnjačka Banja ima 80 sunčanih i 118 tmurnih dana u godini, a prosečna relativna vlažnost vazduha iznosi 78 %.
Vrnjačku Banju odlikuju i česte prizemne magle, pogotovo frekfentne tokom prelaznih godišnjih doba. Pozitivni radijacijski bilans Vrnjačke Banje je od izuzetne važnosti, s obzirom da sunčeva radijacija poseduje bakteriološki značaj.
Metereološki i klimatski statistički podaci, sakupljeni na osnovu višedecenijskog praćenja klimatskih i metereoloških uslova u banji, donose sledeće rezultate. Prosečna zimska temperatura u Vrnjačkoj Banji je -0.5 ᵒC, prolećna 10.5 ᵒC, letnja 20ᵒC, a jesenja 11.4 ᵒC, što dovodi do srednje godišnje temperature od 10.6 ᵒC. Najtopliji meseci u banji su avgust, jun i jul, a zanimljiva je i informacija je i da je jesen u Vrnjačkoj Banji stabilnija od proleća, tj. poseduje manje temperaturne amplitude i oscilacije.
Najviša izmerena temperatura u Vrnjačkoj Banji iznosi 40.5 ᵒC, a izmerena je leta 1939. godine. Najniža izmerena temperatura, ponovila se tokom dve godine, prvi put 1929, a drugi put 1956. godine, a iznosila je -28.5 ᵒC.
Klimatske odlike Vrnjačke Banje određene su blagim i umerenim vremenskim uslovima, sa pozitivnim radijacijskim bilansom i blagim letima. Klimatski uslovi pogoduju lečenju višestrukih oboljenja, i pozitivno utiču na oporavak.