No Pleistoceno o clima da Amazônia alternou-se entre frio-seco, quente-úmido e quente-seco. Na última fase frio-seca, há cerca de 18 ou 12 mil anos, o clima amazônico era semi-árido, e o máximo de umidade ocorreu há sete mil anos. Na fase semi-árida predominaram as formações vegetais abertas, como cerrado e caatinga, com “refúgios” onde sobrevivia a floresta. Atualmente o cerrado subsiste em abrigos no interior da mata.
Atualmente, o clima na floresta Amazônica é equatorial, quente e úmido, devido à proximidade à Linha do Equador (contínua à Mata Atlântica), com a temperatura variando pouco durante o ano. As chuvas são abundantes, com as médias de precipitação anuais variando de 1 500 mm a 1 700 mm, podendo ultrapassar 3 000 mm na foz do rio Amazonas e no litoral do Amapá. O período chuvoso dura seis meses.