大同古城墙所在的大同市区，气候特征可参照阳高县历史观测数据（本段温降水数字均来自阳高站）。

阳高县全年平均高温15℃，平均低温2℃，极端高温曾达37℃（2024年7月23日），极端低温-27℃（2024年1月22日）。

冬季漫长寒冷：1月平均高温-1℃至-2℃，平均低温-15℃至-16℃，月降水量多数不足1毫米，体感干冷。

夏季6—8月高温集中在27—29℃，但降水集中，7—8月雨日较多（月均12—19天），7月曾录得单月降水量1122.4毫米（2025年7月），8月也有621.5毫米（2025年8月），需注意强降雨可能影响城墙游览。

春秋两季气温起伏大：4月平均高温15—21℃，平均低温1—5℃，但3月仍可能出现-15℃的极端低温；9—10月气温迅速下降。

大同市区较阳高县海拔偏低约100—200米（阳高海拔约1050米，大同市区约1000米），且位于盆地中心，冬季可能比阳高略暖、夏季白天略热，但总体温感相近，城墙上的风往往比地面大，体感温度会再低2—3℃。