Усть-Илимск находится в районе, приравненном к Крайнему Северу, и имеет резко континентальный климат из-за географического положения и особенностей воздушных масс. 14

Город расположен в пределах Средне-Сибирского плоскогорья, где преобладает антициклональный режим погоды и господствуют континентальные умеренные воздушные массы. 1 Плотные выхоложенные массы воздуха нечасто пропускают сюда влажные и более тёплые воздушные массы с запада. 1

Это приводит к таким характеристикам климата, как продолжительная холодная зима и короткое тёплое лето. 4 Для Усть-Илимска характерны значительные суточные колебания температур даже в летнее время за счёт прохладных ночей. 1