Horsens Kommune ligger ud mod Horsens Fjord i det bakkede terræn øst for Den Jyske Højderyg. I øst lægger den kystnære beliggenhed en dæmper på temperaturvariationen, mens det i dalstrøgene kan blive ganske koldt om vinteren. Samlet set hører Horsens til blandt den koldeste tredjedel af landets kommuner med en årsmiddeltemperatur under landsgennemsnittet.
Da højderyggen løfter luften, så der opstår skyer og nedbør, når vestenvinden at tørre en smule ud, inden den rammer de centrale og østlige dele af kommunen. Derfor er det også omkring Brædstrup og op mod Mossø og Salten Langsø i vest, at kommunen får mest nedbør. Til gengæld er den østlige del forholdsvis tør, selv om der om foråret ofte dannes havgus og tåge i fjordområdet. Også langs Gudenå kan dis og tåge være fremherskende i især vinter- og forårsmånederne. I maj hører kommunen til blandt de ti vådeste, og i tilfælde af kraftig regn og skybrud vil det bakkede landskab lede vandet ned i dalene, hvor det kan give store oversvømmelser.
Antallet af solskinstimer er ret beskedent. Set over året er Horsens Kommune en af landets ti solfattigste, og i februar må kommunen dele pladsen som landets solfattigste kommune med Ikast-Brande.
