За кліматичними умовами територія Парку відноситься до рівнинної кліматичної підобласті атлантико-континентальної кліматичної області, а за агрокліматичним районуванням – до вологої, помірно теплої агрокліматичної зони [Географічна енциклопедія…, 1989, 1990].
Клімат Парку загалом має риси атлантико-континентального типу. Він характеризується помірною континентальністю та помірною зволоженістю. Літо тут тепле та помірно вологе. Зима м'яка, хмарна, з частими відлигами. Взимку основна роль у формуванні погоди належить циркуляції атмосфери, а також добре розвиненій циклонічній діяльності. Циклони, які приходять на територію регіону з Атлантики і району Середземного моря, супроводжуються великою хмарністю, снігопадами, посиленням вітру. З проходженням циклонів пов'язані відлиги. У цей час на річках частими є зимові паводки. Весною тут переважають західні вітри, проте ранньою весною бувають вторгнення арктичного повітря. В літній період на цій території панує атлантичне повітря. З другої половини осені над територією проходять західні та південні циклони. В цілому циркуляційні режими другої половини осені та зими мають багато спільних рис.
Загальна кількість годин сонячного сяйва за рік досягає 1850 [Національний атлас України, 2007].
Надлишок отриманої сонячної енергії в літній період витрачається на процеси випаровування вологи, нагрівання ґрунту та нижніх шарів атмосферного повітря. В цілому ж радіаційні характеристики визначають особливості температурного режиму території, особливо в теплу пору року.
Взимку радіаційний фактор (у зв’язку з тим, що день стає коротшим, зменшується висота сонця над горизонтом і збільшується ступінь прояву низької шаруватої хмарності) впливає на температурний режим слабше, і тут вступає в дію прихід тих чи інших повітряних мас, які мають різні характеристики в залежності від властивостей поверхні, над якою вони формуються.
Всі приведені дані підтверджують те, що Шепетівське Полісся має багато рис, які зближають його з Житомирським Поліссям. Зима тут принаймні на 10 днів довша, ніж на типовому Малому Поліссі, проте тривалість вегетаційного періоду, і зокрема, періоду активної вегетації, коротше на 7-8 днів.