Cũng giống như vùng Bắc Trung Bộ nói chung, và tỉnh Quảng Bình nói riêng, khí hậu ở vườn quốc gia này mang đặc trưng khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng và ẩm. Nhiệt độ trung bình hàng năm là 23-25°C, với nhiệt độ cao nhât là 41 °C vào mùa hè và mức thấp nhất có thể xuống 6 °C vào mùa đông. Thời kỳ nóng nhất là vào tháng 6 đến tháng 8 với nhiệt độ trung bình 28 °C, còn từ tháng 12 đến tháng 2 có nhiệt độ trung bình 18 °C. Lượng mưa trung bình hàng năm đo được là 2.000–2.500 mm, với 88% lượng mưa trong khoảng thời gian từ tháng 7 đến tháng 12. Mỗi năm có hơn 160 ngày mưa. Độ ẩm tương đối là 84%.