O clima é mesotérmico, com verões quentes e chuvosos e invernos secos. A umidade relativa do ar é alta (77%), mesmo nos meses de inverno, quando varia entre 71% e 72%. A temperatura média compensada é de 21º C, com vez de infiltrarem-se no solo, escorrem, levando sedimentos (terra, galhos, pequenas raízes, folhas) que vão depositar-se no fundo dos rios e nos pequenos vales que circundam as elevações, causando inundações. Já nas áreas de baixada, às margens dos rios, o solo é fertil (aluvião), pois são sujeitos a encharcamentos e acumulação de matéria orgânica. O Mapa 3 indica a disposição dos diferentes tipos de solo no território municipal.
     É importante destacar que a prática usual de desmatamento por fogo contribui para o empobrecimento paulatino dos solos. Para o abastecimento de água da população, são captados, em média, quase 1000 litros por segundo, ou 86,4 milhões de litros por dia. Esta captação é feita no Rio Paraíba do Sul. Em Volta Redonda, o Rio Paraíba do Sul sofre uma redução em sua vazão média, com relação ao Município de Barra Mansa, que está situado imediatamente a montante.
     A vazão média verificada em Volta Redonda é de, aproximadamente, 318 m3/s, enquanto que em Barra Mansa a vazão média é superioir em, pelo menos, 6m 3/s. Tal fato deriva da diferença entre o volume de captação e o volume de contribuição que incidem sobre o Rio, no trecho de Volta Redonda. A presença da usina da CSN é fundamental para explicar essa diferença, pois a empresa consome grande volume de água, captando cerca de 12 m3/s, através de uma derivação lateral.
     Média mínima anual de 16,5º C e média máxima anual de 27,8º C. A precipitação média anual é de 1.377,9 mm, sendo janeiro e fevereiro os meses com maior incidência de chuvas. Sentido noroeste, porém a localização do Município, em fundo de vale, faz com que, na maior parte do tempo, exista calmaria. Isso dificulta a disperção dos gases e partículas, lançadas principalmente pela usina siderúrgica, e provoca alterações no micro-clima.
     É comum, no inverno, o fenômeno da inversão térmica, causado pela camada de poluição que permanece sobre a cidade, formando uma barreira à penetração dos raios solares, diminuindo a insolação e impedindo a liberação do calor e das novas cargas de poluentes lançados a cada dia.