Segundo a classificação de Vladimir Köppen, o clima de Porto União é, em geral, do tipo Cfb, ou seja, Clima Subtropical Mesotérmico Úmido. A temperatura média anual é em torno de 23°C.
O mês de julho, considerado o mais frio, apresenta temperatura mínima em torno de 6°C e uma temperatura máxima de 20,6°C. O mês de fevereiro, considerado o mais quente, apresenta uma temperatura mínima de 18,2°C e máxima em torno de 37,4°C. É importante colocar que nos meses mais frios, podem ocorrer temperaturas negativas, formando uma fina camada de gelo, conhecida como geada, que nada mais é do que o orvalho congelado.
Com uma umidade relativa do ar por volta dos 85% (média anual) e um índice de precipitação pluviométrica em torno dos 1200 a 1800 mm anuais, ocorre, durante os meses mais frios, a formação de forte neblina e a camada “geada preta”, conhecida dos agricultores por causa dos danos às lavouras; esta forma de geada não é aparente devido ao excesso de umidade.