Colorado voidaan jakaa kolmeen ilmastoalueeseen, jotka heijastavat suurelta osin korkeuseroja ja suurten vuoristovyöhykkeiden läheisyyttä: itäiset tasangot, Coloradon Piedmont ja Kalliovuoristo ja Coloradon ylänkö lännessä. Kesälämpötilat tasangoilla ovat heinä- ja elokuussa keskimäärin noin 24 °C. Päivittäiset minimi- ja maksimilämpötilat voivat vaihdella jopa 22-28 °C:ssa (40-50 °F), joskin yleinen vaihtelu on noin 14 °C (25 °F). Talvet ovat kuivia, kylmiä, tuulisia ja yleensä ankaria. Tasangot muodostavat tuulen leikkikentän, ja vaikka lumisateet ovat yleensä vähäisiä, talvinen lumimyrsky voi olla kammottava elementti sekä ihmisille että eläimille. Tammikuun keskimääräiset alhaiset yölämpötilat vaihtelevat noin -12-1 °C:sta noin 30 °F:iin (-12-1 °C), ja päivittäiset korkeimmat lämpötilat ovat keskimäärin 30 asteen puolivälistä noin -2-10 °C:iin (noin 50 °F). Vuotuinen sademäärä on vaihteleva, noin 380-510 mm (15-20 tuumaa); lähes kolme neljäsosaa sademäärästä sataa kesällä, ja raekuurot ovat yleisiä.
Coloradon Piedmontissa sataa vuosittain vähemmän kuin tasangoilla; alle kolme neljäsosaa siitä sataa kesällä, enimmäkseen ukkosmyrskyinä. Heinäkuun keskilämpötila Denverissä on noin 23 °C; tammikuun lämpötila on noin -1 °C. Lyhyet kuumat ja kylmät jaksot, jolloin lämpötila nousee 32 °C:een (90 °F) tai laskee alle 10 °C:een, eivät ole harvinaisia. Chinook – korkeilta vuorilta laskeutuva kuiva talvinen ilmavirta, joka lämpiää puristumalla laskeutuessaan – nostaa usein lämpötilaa 30-40 °F (17-22 °C) alle tunnissa, sulattaa lumipeitteen ja voi synnyttää rajuja tuulia, joiden nopeudeksi on mitattu yli 100 mailia (160 km) tunnissa.
Läntisen Coloradon vuoriston ja ylätasankojen jylhä pinnanmuodostus saa aikaan monimutkaisen paikallisen ilmastomallin. Korkeus merenpinnasta, suorille auringonsäteille altistumisen määrä sekä vuorijonojen ja laaksojen suuntautuminen yleiseen ilmankiertoon ovat merkittäviä tekijöitä, jotka määräävät tietyn paikan ilmaston. Tyypillisesti ilmastossa esiintyy suuria vaihteluita lyhyillä etäisyyksillä. Heinäkuun keskilämpötila on monilla vuoristoalueilla noin 16 °C, kun taas alavilla tasangoilla ja laaksojen pohjukoissa se on keskimäärin noin 11 °C (20 °F) korkeampi. Talvilämpötilat muuttuvat usein äärimmäisemmiksi korkeuden kasvaessa. Leadvillessä, joka sijaitsee noin 3 000 metrin korkeudessa, tammikuun keskilämpötila on noin -8 °C, mutta korkeammilla paikoilla lämpötila voi laskea noin -46 °C:een (-50 °F). Suuressa osassa Coloradon ylätasankoa vallitsevat kuivat olosuhteet, kun taas yli 1 700 metrin korkeudessa sademäärä on riittävä paksujen metsien ylläpitämiseen. Sademäärät kasvavat yleensä nopeasti korkeuden kasvaessa ja vaihtelevat noin 500-1 270 mm:n (20-50 tuumaa) välillä. Vuoristossa voi sataa lunta minä tahansa kuukautena, ja vuotuiset kokonaiskertymät ovat suuria, ja joillakin asemilla ne nousevat säännöllisesti 7 600 mm:iin (300 tuumaa).