大渡河上游属于川西高原气候区，中下游属于四川盆地亚热带湿润气候区。

5到10月是雨季，约占全年总降水量的80%至90%，暴雨多发生在6到9月，经常是夜雨。

由于大渡河地处青藏高原与四川盆地过渡地带，地势西北高、东南低，海拔高差显著，最高海拔7556米（贡嘎山主峰），最低海拔461米（大渡河出口），最大相对高差达7095米。

河谷形态多样，上游为典型的-V-字形侵蚀河谷，河床海拔1.5-2千米，缺乏堆积地貌；中、下游呈-U-字形，海拔0.5-1.5千米，谷深0.7-1.4千米，发育6级河流阶地。

峡谷众多峡谷河段占全河70%以上，如金口大峡谷，长26千米，最大谷深2600米，谷宽仅70-150米，谷坡陡峭，气势雄伟壮观。

在中游地区，除峡谷外，还存在汉源至石棉、加郡至泸定等宽谷与盆地地貌。

主要支流有南桠河、尼日河、绰斯甲河、梭磨河、革什扎河、小金川、金汤河、瓦斯河、田湾河等。

- 南桠河：发源于石棉县与九龙县交界处的鸡丑山，流经石棉县，在大渡河西岸注入大渡河。

- 尼日河：发源于凉山彝族自治州喜德县境内小相岭，是大渡河右岸支流，干流自南向北流经越西县城和甘洛县城，最终在甘洛县尼日村附近注入大渡河。

- 绰斯甲河：发源于青海省果洛山东南麓，是大渡河的西源，在马尔康县可尔因与足木足河、梭磨河汇合后称大金川。

- 梭磨河：发源于四川省红原县鹧鸪山，是大渡河的东源，在马尔康县热脚汇入足木足河，西南向流至马尔康县可尔因与绰斯甲河汇合。

- 革什扎河：发源于道孚县与丹巴县交界处的雪山，流经丹巴县，在丹巴县城附近注入大渡河。

- 小金川：发源于邛崃山脉的梦笔山，流经小金县，在丹巴县汇入大渡河。

- 金汤河：发源于康定市境内的大雪山脉，流经金汤镇，在泸定县注入大渡河。

- 瓦斯河：发源于康定市境内的折多山，流经瓦斯沟，在泸定县注入大渡河。

- 田湾河：发源于贡嘎山，流经石棉县田湾乡，在大渡河西岸注入大渡河。