เนื่องจากอุทยานแห่งชาติดอยอินทนนท์ ตั้งอยู่ในพื้นที่ภาคเหนือตอนบนของประเทศไทย ดังนั้น สภาพภูมิอากาศโดยทั่วไปของพื้นที่อุทยานฯ จึงได้รับอิทธิพลของลมมรสุมตะวันตกเฉียงใต้ที่พัดเอาความชุ่มชื้นและเมฆฝนเข้ามา ทำให้ฝนตก และลมตะวันออกเหนือที่พัดมาจากประเทศจีน จะนำเอาความหนาวเย็นและความแห้งแล้งเข้ามา ทำให้เกิดฤดูกาลต่าง ๆ โดยจะมีฤดูร้อนในช่วงระหว่างเดือนมีนาคม พฤษภาคม ฤดูฝนในช่วงระหว่างเดือนมิถุนายน พฤศจิกายน และฤดูหนาวในช่วงระหว่างเดือนธันวาคม กุมภาพันธ์ สลับกันไป อย่างไรก็ตาม เนื่องจากสภาพทางกายภาพของพื้นที่อุทยานฯ มีความหลากหลายทางด้านระดับความสูงของพื้นที่และมีลักษณะของพื้นที่เป็นเทือกเขาที่สลับซับซ้อนและสูงมาก (ระดับความสูงระหว่าง 400 2,565 เมตร จากระดับน้ำทะเลปานกลาง) อีกทั้งพื้นที่อุทยานฯ ค่อนข้างจะกว้างขวางถึง 301,500 ไร่ ทำให้ลักษณะอากาศในแต่ละจุดในพื้นที่ของอุทยานฯ มีความแตกต่างกันอย่างมาก โดยจะมีลักษณะของสภาพอากาศแบบเขตร้อน (tropical climate) ในตอนล่างของพื้นที่ที่มีระดับความสูงต่ำกว่า 1,000 เมตร ลงมา มีสภาพอากาศแบบกึ่งเขตร้อน (sub-tropical climate) ในบริเวณตอนกลางของพื้นที่ที่มีระดับความสูงระหว่าง 1,000 2,000 เมตร และมีสภาพอากาศแบบเขตอบอุ่น (temperate climate) ในพื้นที่ที่มีระดับสูงกว่า 2,000 เมตรขึ้นไป โดยเฉพาะที่บริเวณยอดดอยอินทนนท์ ซึ่งสภาพภูมิอากาศดังกล่าวจะแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนจากสภาพของป่าชนิดต่าง ๆ ที่มีอยู่ในเขตอุทยานแห่งชาติดอยอินทนนท์
ในพื้นที่ที่สูงตอนบนของอุทยานฯ โดยทั่วไปแล้วจะมีสภาพที่ชุ่มชื้นและหนาวเย็นตลอดปี โดยเฉพาะอย่างยิ่งบริเวณยอดดอยอินทนนท์ ซึ่งมีลักษณะเป็นสันเขาและยอดเขา จะมีกระแสลมที่พัดแรงและมีสภาพอากาศที่หนาวเย็นมาก และในช่วงวันที่หนาวจัดในช่วงฤดูหนาวในเดือนธันวาคม - มกราคม อุณหภูมิจะลดต่ำลงถึง 0 4 องศาเซลเซียส และจะมีน้ำค้างแข็ง (frost) เกิดขึ้น
ที่ระดับกลาง ๆ ของอุทยานแห่งชาติดอยอินทนนท์ สภาพอากาศโดยทั่วไปจะมีลักษณะค่อนข้างเย็นและชื้น อุณหภูมิเฉลี่ยตลอดปี (annual mean temperature) ประมาณ 20 องศาเซลเซียส (ซึ่งเมื่อเทียบกับตัวเมืองเชียงใหม่ ซึ่งจะมีอุณหภูมิเฉลี่ยตลอดปีประมาณ 26 องศาเซลเซียส) ในช่วงฤดูหนาวในเดือนธันวาคม มกราคม อุณหภูมิเฉลี่ย (mean temperature) จะอยู่ระหว่าง 15 17 องศาเซลเซียส และจะมีค่าอุณหภูมิเฉลี่ยต่ำสุด (mean minimum temperature) 10 14 องศาเซลเซียส สภาพความชุ่มชื้นของอุทยานฯ โดยทั่วไปจะชื้นกว่าตัวเมืองเชียงใหม่มาก โดยจะมีปริมาณน้ำฝนเฉลี่ยประมาณ 2,000 2,100 มิลลิเมตร มีค่าความชื้นสัมพัทธ์เฉลี่ยตลอดปีประมาณ 80 % ซึ่งในตัวเมืองเชียงใหม่จะมีปริมาณน้ำฝนและความชื้นสัมพัทธ์เฉลี่ยประมาณ 1,200 มิลลิเมตร และ 70 %
สำหรับในพื้นที่อุทยานฯ ที่มีระดับความสูงตั้งแต่ 1,800 เมตร ขึ้นไป จะมีสภาพอากาศที่เย็นและชุ่มฉ่ำอยู่ ทั้งนี้เพราะจะเป็นระดับความสูงของเมฆหมอก ทำให้สภาพป่ามีเมฆและหมอกปกคลุมเกือบตลอดปี ทำให้ป่าดิบเขาของอุทยานฯ สามารถที่จะดูดซับเอาความชื้นจากละอองเมฆและหมอกหล่อเลี้ยงพื้นที่ตลอดปี