Det forskelligartede landskab giver kommunen et tilsvarende varieret klima. I vest påvirkes klimaet i høj grad af havet, som dæmper temperaturudsvingene. Længere inde i landet resulterer de sandede jorder til gengæld i høje temperaturer og flere byger om sommeren. Også det bakkede terræn i nordøst bidrager til øget nedbør.
Påvirkningen fra havet betyder, at sommertemperaturerne er lave i hele kommunen, som fra juni til august ligger blandt landets ti koldeste. Samlet set ligger årsmiddeltemperaturen lidt under landsgennemsnittet.
Nedbøren er særlig udtalt. Holstebro Kommune er således en af landets ti vådeste kommuner, og i september er den endda den absolut vådeste. Med de store mængder nedbør følger mange skyer. Det gør kommunen forholdsvis solfattig, og det årlige antal solskinstimer ligger derfor under landsgennemsnittet.