O clima ipatinguense é caracterizado, segundo o IBGE, como tropical quente semiúmido (tipo Aw segundo Köppen), tendo temperatura média anual de 21,6 °C com invernos secos e amenos (raramente frios) e verões chuvosos com temperaturas moderadamente altas. Os meses mais quentes, fevereiro e março, têm temperatura média de 23,9 °C, sendo a média máxima de 29,2 °C e a mínima de 18,5 °C. E o mês mais frio, julho, de 18,1 °C, sendo 24,8 °C e 11,5 °C a média máxima e mínima, respectivamente. Outono e primavera são estações de transição. Os índices médios de umidade relativa do ar (URA) ficam entre 78,2% no inverno a 84% no verão. Nevoeiros são comuns nas manhãs dos meses frios, por conta da alta umidade e das baixas temperaturas.

A precipitação média anual é de 1254,6 mm, sendo julho o mês mais seco, quando ocorrem apenas 11,4 mm. Em dezembro, o mês mais chuvoso, a média fica em 257,1 mm. Nos últimos anos, entretanto, os dias quentes e secos durante o inverno têm sido cada vez mais frequentes, não raro ultrapassando a marca dos 30 °C, especialmente entre julho e setembro. Em julho de 1998, por exemplo, a precipitação de chuva em Ipatinga não passou dos 0 mm. Durante a época das secas e em longos veranicos em pleno período chuvoso também são comuns registros de queimadas em morros e matagais, principalmente na zona rural da cidade, o que contribui com o desmatamento e com o lançamento de poluentes na atmosfera, prejudicando ainda a qualidade do ar.

Segundo o Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), desde 1998 a temperatura mínima observada na cidade foi de 8,5 °C, no dia 18 de julho de 2000. Já a máxima, de acordo com o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), foi de 40,5 °C, registrada no dia 25 de fevereiro de 2010. O maior acumulado de chuva em menos de 24 horas, segundo o INMET, foi de 183,0 mm, registrado no dia 15 de janeiro de 2004. Outros grandes acumulados foram de 181,3 mm, no dia 20 de novembro de 1998; 180,0 mm, em 20 de março de 1979; 171,1 mm, em 10 de dezembro de 1980; 155,5 mm, em 13 de março de 1994; e 141,0 mm, no dia 19 de março de 2004. Tempestades de granizo também não são muito comuns na cidade, mas algumas das mais recentes ocorreram em 4 de setembro de 2006 e em 30 de agosto de 2008. Houve registros de fenômenos semelhantes a trombas d"água na cidade nos dias 2 de janeiro de 2009 e 23 de dezembro de 2010.