乌兰巴托地处内陆，属典型的大陆性气候，冬季最低气温达-40℃，夏季最高气温达35℃，年平均气温-1.5℃。1月平均气温-15一-22℃，夜间有时可达-39℃；夏季短而炎热，7月平均气温+20～+22℃，最高可达+39.5℃。年平均降水280毫米，一年中有180天为晴天，无霜期109天。城市主要街区坐落在图拉河北岸。乌兰巴托春季（5至6月）较短，一直到5月中旬方才天气转暖，树木发芽，草原变绿。夏季（7至8月）昼热夜凉，紫外线强，游沙漠地区尤为如此，阴雨天和夜晚时天气会骤然变凉。秋季（9至10月）天气变幻无常，有可能突然变冷，甚至下雪。冬季（11至4月）天寒地冻，漫长的冬天几乎每天都在飘雪，最冷时可达摄氏零下四十度。

1924年蒙古人民共和国成立后，改库伦为乌兰巴托，并定为首都，意思是“红色英雄城”。