Le climat de Dimitrovgrad est modérément continental, avec des hivers froids et des étés assez chauds.
La ville est située dans le sud-est de la Serbie, près de la frontière avec la Bulgarie, dans une vallée à 500 mètres d'altitude.
L'hiver est froid et gris, avec des chutes de neige et des gelées, bien qu'il y ait aussi des périodes assez douces. Parfois, du brouillard peut se former. En un an, il y a 39 jours de neige et 53 jours avec le sol enneigé, dont un jour sur deux en janvier.
Lors des vagues de froid, qui se produisent chaque année ou presque, la température descend à -15 °C ou au-dessous. Le record de froid est de -29,3 °C, enregistré en janvier 1963.
L'été est chaud et ensoleillé, bien que des orages puissent parfois éclater pendant l'après midi. La plage de température est élevée, il peut donc faire frais, voire un peu froid, la nuit, tandis que pendant la journée, il peut faire très chaud. Le record de chaleur est de 41,4 °C, enregistré en juillet 2007.
La température moyenne du mois le plus froid (janvier) est de -0,2 °C, celle du mois le plus chaud (août) est de 20,5 °C. Voici les températures moyennes.

Les précipitations totalisent 625 mm par an : elles sont donc à un niveau intermédiaire. Dans les mois les moins pluvieux (janvier, février, mars) il tombe 40 mm de pluie (ou neige), dans le plus pluvieux (juin) il tombe 70 mm. Voici les précipitations moyennes.

Il y a en moyenne environ 2 085 heures de soleil par année. Le soleil n'est pas souvent vu en hiver, alors qu'en été il brille pendant un bon nombre d'heures. Voici la moyenne des heures d'ensoleillement par jour.

Quand partir

Les meilleurs moments pour visiter Dimitrovgrad sont le printemps et l'automne, pour éviter le froid de l'hiver et la chaleur de l'été, et en particulier les mois de mai, juin et septembre : les températures diurnes sont agréables, mais il est préférable d'apporter un pull ou une veste pour le soir. En juillet et en août, la température est souvent chaude sans excès, mais il y a le risque de trouver quelques jours très chauds, ce qui peut arriver, bien que plus rarement, même dans la seconde moitié de juin et dans la première moitié de septembre.