山丹县降水少，蒸发量大，气候干燥，年际变率大，年平均降水量195—359毫米，最大年降水量273.8毫米至440.7毫米（1979年），最小年降水量115.2—246.4毫米（1962年），相差158.6—194.3毫米，且时空分布不均。

地区分布 年降水量由南向北递减，南部沿山地区年平均降水量358.8毫米，比一类区年平均降水量195毫米多163.8毫米，比二类区年平均降水量251.7毫米多107.1毫米。

时间分配 各季、月降水量分布极不均匀，变率大。一类区年降水量195毫米，春季降水29.2毫米，占16％。夏季降水117.5毫米，占60％，其中7—8月为降雨量高峰，占全年的46％，降雨达23天。秋季降水40.9毫米，占20％。冬季最少，每月的降雨量7.4毫米，占4％。三类区全年降水358.8毫米，其中春季降水64.7毫米，占18％。夏季降水203.8毫米，占57％。秋季降水81毫米，占22％。冬季降水9.3毫米，占3％，为旱季。降水最多为7月，达77毫米，最少为12月和元月，小于3毫米。

降水日数 （指日降水≥0.1毫米的天数）川区全年有68天，占全年总数的18.6％，≥5毫米以上的天数年平均12天，主要在5—10月。山区年均有98天，占全年总天数27％，≥15毫米以上的降水主要出现在7—8月，每年平均有4次，并以降雨为主。

最长连续降水日 一类区为8—10天，如1978年9月达10天，量为46.6毫米；1979年8月10天，量为68.7毫米。三类区最长是10—12天，如1957年12天，量79.2毫米；1971年11天，量72.8毫米。特别是沿山地区，由于秋季雨多，热量不足，往往使小麦等主要作物贪青徒长而推迟成熟，植株倒伏，影响千粒重。

降水强度南北相差较大。川区年平均有小雨56次，中雨9次，大雨2—3次，暴雨平均5年有一次。1979年7月26日，日降水量49.9毫米，产生山洪，造成灾害。南部沿山地区，年平均有小雨79次，中雨15次，大雨5次，暴雨每3年有一次，1977年9月8日，降48.5毫米。

降雪 南部沿山地区，由于地势高，气候寒冷，10月初即降雪，5月终雪。历年平均降雪47天，最多达83天，最大雪深30厘米。平均每年≥0.1毫米雪日39次，其中入冬最大雪量19.3毫米（1973年10月3日），春雪最大雪量19毫米（1971年4月17日）。一类区历年平均降雪初日10月18日，终日4月27日。历年平均降雪23天，最多42天，最少6天，最大深度18厘米。平均每年≥0.1毫米雪日19次，≥5毫米雪日4天，≥10毫米雪日1次，最大雪量14.8毫米（19775年11月2日）。