Colorado kann in drei Klimaregionen eingeteilt werden, die größtenteils die Höhenunterschiede und die Nähe zu den großen Gebirgszügen widerspiegeln: die östlichen Ebenen, das Colorado Piedmont und die Rocky Mountains sowie das Colorado Plateau im Westen. Die Sommertemperaturen in den Ebenen liegen im Juli und August durchschnittlich bei etwa 24 °C (Mitte 70 F); die täglichen Mindest- und Höchsttemperaturen können bis zu 40-50 °F (22-28 °C) schwanken, wobei die allgemeine Schwankungsbreite bei etwa 14 °C (25 °F) liegt. Die Winter sind trocken, kalt, windig und im Allgemeinen rau. Die Ebenen sind ein Tummelplatz für den Wind, und obwohl der Schneefall im Allgemeinen gering ist, kann der Schneesturm im Winter für Mensch und Tier zu einem schrecklichen Element werden. Die durchschnittlichen nächtlichen Tiefsttemperaturen im Januar liegen zwischen -12 und -1 °C, die Tageshöchsttemperaturen liegen zwischen Mitte 30 und ca. 50 °F (ca. -2 bis 10 °C). Die jährlichen Niederschläge sind unregelmäßig und liegen zwischen 380 und 510 mm (15 bis 20 Zoll); fast drei Viertel davon fallen im Sommer, und Hagel ist häufig.
Im Colorado Piedmont fällt jährlich weniger Niederschlag als in den Plains; weniger als drei Viertel davon fallen im Sommer, meist in Form von Gewittern. Die Durchschnittstemperaturen in Denver liegen im Juli bei etwa 23 °C (70 F) und im Januar bei etwa -1 °C (30 °F). Kurze Hitze- und Kälteperioden, in denen die Temperaturen auf 32 °C (90 °F) steigen bzw. unter 10 °F fallen, sind keine Seltenheit. Der Chinook – ein trockener, absteigender Winterluftstrom aus dem Hochgebirge, der sich beim Abstieg durch Kompression erwärmt – lässt die Temperaturen oft in weniger als einer Stunde um 30-40 °F (17-22 °C) ansteigen, lässt die Schneedecke schmelzen und kann heftige Winde erzeugen, die mit mehr als 160 km pro Stunde gemessen wurden.
Die zerklüftete Topographie der Berge und Hochebenen des westlichen Colorado erzeugt ein komplexes Muster lokaler Klimate. Die Höhenlage, der Grad der direkten Sonneneinstrahlung und die Ausrichtung der Gebirgszüge und Täler zur allgemeinen Luftzirkulation sind wichtige Faktoren, die das Klima eines bestimmten Ortes bestimmen. In der Regel treten innerhalb kurzer Entfernungen große Klimaschwankungen auf. Die Durchschnittstemperaturen im Juli liegen in vielen Gebirgsregionen bei etwa 16 °C, während sie in den tiefer gelegenen Hochebenen und Tälern im Durchschnitt um etwa 11 °C höher liegen. Die Wintertemperaturen werden mit zunehmender Höhe oft noch extremer. In Leadville, auf etwa 3.000 Metern Höhe, liegt die Durchschnittstemperatur im Januar bei etwa -8 °C, aber in höheren Lagen können die Temperaturen auf etwa -46 °C fallen. In weiten Teilen des Colorado-Plateaus herrschen trockene Bedingungen, während in Höhenlagen über 1.700 m ausreichend Niederschlag fällt, um dichte Wälder zu erhalten. Die Niederschlagsmenge nimmt im Allgemeinen mit der Höhe rasch zu und reicht von 500 bis 1.270 mm (20 bis 50 Zoll). Schnee kann in jedem Monat in den Bergen fallen, und die jährlichen Gesamtniederschlagsmengen sind hoch und erreichen an einigen Stationen regelmäßig 7.600 mm (300 Zoll).