जलवायु विज्ञान (climatology) भौतिक भूगोल की एक शाखा है जिसके अंतर्गत सम्पूर्ण पृथ्वी अथवा किसी स्थान विशेष की जलवायु का अध्ययन किया जाता है।

भौतिक पर्यावरण के विभिन्न घटकों में जलवायु महत्वपूर्ण घटक है। जलवायु को प्रादेशिक विभिनता की कुंजी कहते हैं। मानव एवं उसके भौतिक पर्यावरण के बीच होने वाली क्रिया प्रतिक्रिया के विश्लेषण से यह स्पष्ट हो जाता है कि मानव के क्रियाकलापों खान-पान रहन-सहन वेशभूषा बोलचाल एवं संस्कृति सभी पर जलवायु का स्पष्ट प्रभाव पड़ता है।

मौसम एक अल्पकालिक वायुमंडलीय दशाओं का घोतक होता है जबकि जलवायु किसी स्थान विशेष की दीर्घकालीन वायुमण्डलीय दशाओं जैसे तापमान,, दाब, पवन, आर्द्रता, वर्षा आदि का औसत होता है।

हंबोलट ने पृथ्वी की अपने अक्ष पर झुकाव को क्लाइमा कहा, इसीलिए हंबोल्ट को जलवायु विज्ञान का पिता कहा जाता है।