Das Klima des Tessins wird hauptsächlich durch das Mittelmeer beeinflusst, wobei die Alpen es vor dem nordeuropäischen Wetter schützen. Als Folge davon erleben die Ebenen warme und feuchte Sommer sowie milde Winter. Dieses Klima ist spürbar wärmer und feuchter als der Rest der Schweiz. Im deutschsprachigen Teil der Schweiz wird das Tessin wegen seiner über 2.300 Sonnenstunden pro Jahr im Vergleich zu 1.700 für Zürich als “Sonnenstube” bezeichnet. Der Kanton kann insbesondere im Sommer schwere Stürme und Regenfälle erleben und weist die höchste Blitzentladung in der Schweiz auf. Umgekehrt kann der Kanton sowohl im Sommer als auch im Winter unter schweren Dürren leiden, was ihn zur am stärksten von Waldbränden betroffenen Region des Landes macht.
Das Klima des Tessins ist äußerst vielfältig, da die Höhenlagen von der subtropischen Klimabeeinflussten Ufer des Lago Maggiore bis zu den hohen Alpen mit subarktischem und Tundrenklima reichen. Daher findet man in der Region, ähnlich wie im Rest der Schweiz, viele verschiedene Ökosysteme. In den tieferen Gebieten sind Laubwälder allgegenwärtig, während sie in höheren Lagen tendenziell von Nadelwäldern abgelöst werden, außer in der Sottoceneri (Lugano-Voralpen), wo sie fast fehlen. Die Baumgrenze liegt bei etwa 2.000 Metern im Sopraceneri und 1.600 Metern im Sottoceneri. Der Basòdino, Tessins zweithöchster Berg, ist vom größten Gletscher des Kantons bedeckt. Im Winter ist Skifahren an den höchsten Orten, insbesondere in Airolo und Bosco/Gurin, beliebt. In den tieferen Regionen, insbesondere um den Lago Maggiore und den Lago di Lugano, werden Weinberge, Olivenbäume und andere für Südeuropa typische Früchte angebaut. In diesen Gebieten können verschiedene Arten von kälteresistenten Palmen und anderen subtropischen Pflanzen wachsen, und obwohl keine davon einheimisch ist, nimmt ihre Präsenz im Ökosystem zu. Zahlreiche Gärten, insbesondere in der Nähe der Seen, wie die Brissago-Inseln und der Scherrer-Park, sind für ihre exotischen Pflanzen bekannt.