全体的には、太平洋側気候だが、日本海側から内陸部にかけては日本海側気候で、冬には曇りの日が多く、雪も見られる。特に内陸部の阿東町、萩市内陸部、周南市や岩国市のそれぞれ北部などは、県内でも積雪がみられる地域である。北部は日本海に面しており、波が高く、海がしける事も少なくない。

瀬戸内海側は瀬戸内海式気候で、一年を通して雨が少なく、比較的温暖な気候である。冬でも中国山地に季節風が抑えられるので、日本海側と比べて曇りの日は少なく、晴れる日も多い。積雪も一冬に数回程度である。日本海側に対し、内海の瀬戸内海側では波は穏やかである。

関門海峡周辺の下関市、山陽小野田市、宇部市などでは日本海側気候と瀬戸内海式気候との境界にあたり、二面性を持つ気候である。冬は周防灘側でも曇りがちの天気になりやすく、時雨や雪を降らせる事もある。しかし、周防灘は穏やかで荒れる事は少ない。

上記のように、同じ県内でも地域ごとの気象傾向に差があることもあり、天気予報を発表する際の一次細分区域は「西部」「中部」「東部」「北部」の4つに設定されている。2003年3月3日には気象に関する注警報・警報発表区域の細分化（二次細分区域の設定）が行われ、県内が7区域「西部」（豊田／下関・宇部）、「中部」（山口・防府／周南・北玖珂）、「東部」、「北部」（長門／萩・美祢）に細分化された。2007年3月1日には市町村合併を反映する形で二次細分区域が再編され、二次細分区域が8区域に再設定されている。

• 現行の気象区分（2007年3月1日現在、カッコ内は二次細分区域）<ref></ref>
  • 山口県西部（下関／宇部・山陽小野田）
  • 山口県中部（山口・防府／周南・下松）
  • 山口県東部（岩国／柳井・光）
  • 山口県北部（長門／萩・美祢）