天气多，干旱尤为严重；雨热同季，四季分明，[36]夏无酷暑，冬无严寒。[11]年平均气温10.9℃。[207]极端最低气温-21.7℃（1964年1月27日），极端最高气温39.8℃（2000年7月24日）。[36]年平均日照时数为2374小时无霜期为172天，年平均降水量为300毫米左右。[207]降雨集中在每年7-9月，8月最多。
兰州市地表大部分被第四纪松散沉积物所覆盖，基岩主要出露在南部、西部和北部边界一带的山区。境内出露的地层有前古生界、古生界、中生界和新生界等。其中出露面积最广的是中生界下白垩统河口群、新生界第三系红层和第四系黄土等。[49]
前古生界主要出露在兰州市东南部、南部、西南部边界一带，组成祁连山东延余脉的马衔山、兴隆山、甘青交界的界山、奖俊埠岭以及七道梁的潜山等，其岩性为一套变质岩系。前长城系地层主要分布在榆中县与临洮县交界的马衔山区，在红古区享堂峡也有零星出露，在七道梁以潜山存在，其岩性为一套遭受混合岩化作用而形成的各种混合岩、混合质花岗岩、片麻岩和片岩夹扁豆状白云岩及大理岩。它又可以分为杲兰群和兴隆山群。蓟县系地层零星分布于大通河下游和榆中县小康营以南、高崖西南，另外在马衔山西北麓的高家湾、孙家湾、羊寨一带也有分布。震旦系仅在永登县西北铁成沟、杏儿沟一带有少量出露。[49]