Климатът в района на Казахската хълмиста земя е континентален с рязко нарастваща на сухота на юг и югоизток. Средната януарска температера е от -14 °C до -18 °C, средна юлска 20 – 24 °C. През зимата температурите падат до -40 °C, а през лятото дневните температури достигат до 35 °C и нагоре (в южните части). Годишната сума на валежите е малка 200 – 300 mm (до 370 mm в северните нископланински масиви). През зимата снежната покривка е тънка или почни отсъства. Често явление през лятото са продължителните засушавания.<ref name="bse"/>
=== Води ===
През Казахската хълмиста земя преминава вододела между водосборния басейн на река [[Иртиш]] и водосборните басейни на реките, течащи на север и юг към безотточни басейн на [[Сибир|Южен Сибир]] и [[Средна Азия]]. Най-големите реки принадлежщи към водосборния басейн на река [[Иртиш]] са: [[Ишим]] с притока си [[Терсакан]], [[Шаган]] и др. Към северния (Южносибирски) безотточен басейн се отнясятотнасят реките: [[Нура (река)|Нура]], [[Силети]], [[Шидерти]] и др. Най-големите реки пренадлежащи към Средноазиатския безоточен басейн и губещи се пустинните пясъци са: [[Тургай (река)|Тургай]], [[Улъ-Жъланшък]], [[Саръсу]] и др. Режимът на всички реки водещи началото си от Казахската хълмиста земя е много неравномерен. Те се подхранват основно за сметка на пролетното снеготопене и отчасти от подземни води и имат ясно изразено пролетно пълноводие, през лятото силно намалят, а по-малките пресъхват. Например пролетният отток на река [[Нура (река)|Нура]] съставлява 88% от годишния ѝ отток, а летният е едва 3%. През зимата всичките реки замръзват, а по-малките замръзват до дъно. Всичките реки в региона на са плавателни. На територята на Казахската хълмиста земя са разположени няколко хиляди малки и големи, предимно солени и непостоянни езера. Най-голямото от тях е езерото [[Тенгиз]], в което се влива река [[Нура (река)|Нура]].<ref name="bse"/>
