El clima en Cabo Polonio se define por los contrastes: caluroso en verano (promedios de 25ºC) y muy frío en invierno. El contraste también demarca las temporadas. Entre enero y marzo el balneario se ve bastante colmado, con todos sus alojamientos y restaurantes abiertos; mientras que el resto del año el panorama se torna solitario, apenas con servicios básicos. La primavera es la época más recomendable para los que prefieren alejarse de las multitudes pero con un clima lo suficientemente agradable para recorrer el entorno natural.
También el verano tiene varios momentos distintos. Entre fin de año y la primera quincena de enero es la temporada más alta, con bastante actividad diurna y nocturna y precios de alojamiento más altos. A fines de enero y durante febrero (excepto carnaval) ya se ve menos gente, y marzo es sin dudas el mes ideal en cuanto a la combinación entre buen clima y tranquilidad. Aunque sea verano, siempre hay que llevar abrigo, porque suele refrescar. Las lluvias en verano no son demasiado frecuentes, aunque es común que en una estadía haya alguna tormenta veraniega.