Nizina leży w strefie klimatu podzwrotnikowego, charakteryzującego się gorącym latem i umiarkowanie chłodną zimą. Średnia temperatura w lipcu wynosi ok. 25-26 °C, w styczniu natomiast waha się między 0 a 3 °C. Zdarzały się jednak zimy mroźne: w styczniu 1925 roku w Lenkoranie temperatura spadła do -15 °C, a rzeka Araks na pograniczu irańskim oraz przybrzeżne zatoki Morza Kaspijskiego zamarzły.
Wiatry na Nizinie Lenkorańskiej mają charakter monsunowy: latem i wiosną wieją od morza, głównie z południowego wschodu, zaś zimą z zachodu, od strony lądu. Zmiany kierunków wiatrów zależą od rozkładów ciśnień w rejonie południowej części Morza kaspijskiego. Wiatry wiejące od lądu, z Gór Tałyskich, są wiatrami typu fenowego. Podnoszą one niekiedy w okresie zimowym temperatury na nizinie do 19 °C.
Średnia roczna suma opadów jest dość wysoka, wynosi tu od 1250 do nawet 1400–1700 mm. Są one jednak nieco zróżnicowane w zależności od regionu oraz rozłożone nierównomiernie w ciągu roku. Maksimum opadów przypada na jesień (we wrześniu 216 mm), minimum w czerwcu (24 mm).