方山县属温带大陆性气候。由于季风作用与各季不同气团的影响程度，春夏秋冬四季分明。春季低温、干旱。夏季短促暖热，雨量集中。秋季凉爽，气候宜人。冬季漫长寒冷、雪少于燥。
全县平均气温7.3℃，平均年降水量440至650mm，无霜期由南到北逐步递增，最南端的大武镇达150天以上，最北端的开府一带只有90天左右。 方山县矿产资源种类较多。到2013年发现各种成因类型的矿产40种，产地40处，其中大型矿产地4处，中型矿产地6处，小型矿产地30处，矿点及矿化点274处。方山县突出的资源是煤、铁矿、铝土矿、耐火粘土、石灰岩、白云岩、石棉、硅石和含钾岩石等，已探明一定储量。
煤：方山县含煤面积1140平方千米，保有储量39亿吨，焦煤保有储量15亿吨。
铁矿：方山县铁矿分布广，蕴藏量大。已知的矿床13处，矿点及矿化点6处，已探明储量1.81亿吨。
铝土矿：方山县铝土矿储量大，质量好，大部分可露天开采，有矿点38处，其中大型4处，中型14处，探明保有储量1.4亿吨，远景储量4.7亿吨。 动物资源：根据资料记载和1988年野生动物资源调查，方山县野生动物分属4纲24目213种，资源比较丰富，其中鸟类有14目16科160，兽类有6目16科36种，属于国家一级保护野生动物的有褐马鸡、金雕、黑鹳、金钱豹四种；国家二级保护野生动物有苍鹰、大鸢、雀鹰、乌雕、草原雕、白尾鹞、猎隼、红脚隼、红隼、鸳鸯、原麝、獐、黄羊等20种。
植物资源：根据1996年吕梁市林木种质资源普查结果和掌握的资料记载，方山县野生植物资源分属129科945种，其中木本植物57科115属294种，草本植物72科651种。
方山县森林水平分布，主要树种顺序为：白皮松、油松、华北落叶松；从南到北，从低山到中山，暖温带的栎类杨桦阔叶杂木林到中部、北部高寒山区的侧柏，从栎类杨桦阔叶林逐步过渡到关帝山的华北落叶松、油松为主的针叶混交林。
