神农架位于中纬度北亚热带季风区，气温偏凉而且多雨，年平均气温（松柏）为12℃，年降水量900－1000毫米。由于一年四季受到湿热的东南季风和干冷的大陆高压的交替影响，以及高山森林对热量、降水的调节，形成夏无酷热、冬无严寒的宜人气候。当南方城市夏季普遍是高温时，神农架却是一片清凉世界。

神农架的气候随海拔每上升100米，气温低1℃左右，季节相差3--4天。随海拔增高渐次迭现暖温带、中温带、寒潮带等多种气候类型，境内不同地点的温度从冬季最低零下20℃至夏季最温37℃。九月底到次年四月为神农架的冰霜期。“山脚盛夏山顶春，山麓艳秋山顶冰，赤橙黄绿看不够，春夏秋冬最难分”是神农架气候的真实写照。神农架立体小气候明显，“东边日出西边雨”的现象常有发生。其气候时空变化较大，有“六月雪，十月霜，一日有四季”之说。

神农架是湖北长江和汉江的分水岭。神农架林区共有四大水系，分为香溪河、沿渡河、南河、堵河四大流域，境内有大小河流317条，其中：超过1000平方公里的河流1条。神农架的水能资源十分丰富，年平均降水总量为36.44亿立方米，多年平均径流总量为22.004亿立方米，水资源总量为22—25亿立方米，人均占有水资源13591立方米。神农架林区河谷具明显幼年期特征，河谷陡险，横断面多呈“v”形，坡降大，水流急，受特定的地理条件制约，神农架水资源除少量的农业灌溉用水、工业用水和社会生活用水外，主要是在水能资源的开发利用上。根据勘测表明，神农架水能资源理论蕴藏量为57万千瓦，可开发利用为35万千瓦，已作流域规划的有31万千瓦，现已开发12.45万千瓦，正在开发的10.1万千瓦，拟开发的7.5万千瓦。2009年，完成了新华龙潭村小型农田水利建设，新增农田灌溉面积800亩，蔬菜基地200亩，新建排水渠800米，新建灌溉渠2560米，通过省级验收为优良工程。