Klimat jest zróżnicowany – na zachodnim wybrzeżu występuje łagodniejszy morski klimat polarny, a na wschodnim, zimniejszy kontynentalny klimat polarny.

Latem, na północnym zachodzie występują dodatnie temperatury, które utrzymują się przez 3–4 miesiące. W styczniu (latem) średnia temperatura powietrza wynosi 1–2 °C, a w lipcu (zimą) – od -15 °C do -20 °C. Roczne opady sięgają 350–500 mm. Na południe od 68° S, klimat staje się chłodniejszy – latem temperatury dodatnie utrzymują się przez 1–2 miesiące. Roczne opady na wybrzeżu północno-wschodnim wynoszą 350 mm, a na wschodniej jedynie 100–150 mm.

Zmiany klimatyczne Od połowy XX w. średnie roczne temperatury powietrza na półwyspie rosły najszybciej na całej półkuli południowej. W latach 1950–2000 roczna średnia temperatura powietrza wzrosła o 2,5°.

Latem 2020 roku temperatury powietrza osiągnęły rekordowy poziom – 6 lutego argentyńska stacja badawcza Esperanza w Zatoce Nadziei na północy półwyspu odnotowała +18,4 °C.

Lodowce thumb|Lodowce szelfowe wokół Półwyspu Antarktycznego (2009) Z uwagi na łagodniejszy klimat niż w pozostałych częściach kontynentu oraz górzystość, na Półwyspie Antarktycznym dochodzi do akumulacji dużych mas śniegu.