Virginiassa on kostea subtrooppinen ilmasto , joka siirtyy kosteaan mannerilmastoon Blue Ridgestä länteen . Vuodenaikojen äärimmäisyydet vaihtelevat tammikuun keskilämpötilasta 25 °F (−4 °C) heinäkuun keskilämpötilaan 86 °F (30 °C). Atlantin valtamerellä ja Golfvirralla on voimakas vaikutus osavaltion itä- ja kaakkoisrannikkoalueisiin, mikä tekee siellä ilmastosta lämpimämmän ja tasaisemman. Suurin osa Virginiassa rekisteröidyistä äärilämpötiloista ja sateista tapahtui Blue Ridge -vuorilla ja länsipuolella. Virginiassa sataa keskimäärin 110 cm vuodessa, ja Shenandoahin laakso on osavaltion kuivin alue sitä molemmin puolin ympäröivien vuorten vuoksi.
Virginiassa on noin 35–45 päivää ukkosmyrskyjä vuodessa, ja myrskyt ovat yleisiä myöhään iltapäivällä ja illalla huhtikuusta syyskuuhun. Nämä kuukaudet ovat myös yleisimmät tornadojen esiintymiselle , ja vuonna 2020 osavaltioon osuu viisitoista tornadoa. Hurrikaaneja ja trooppisia myrskyjä voi esiintyä elokuusta lokakuuhun, ja vaikka ne yleensä iskevät rannikkoalueille, Virginian tappavin luonnonkatastrofi oli hurrikaani Camille , joka tappoi yli 150 ihmistä vuonna 1969, enimmäkseen Nelsonin piirikunnassa . Joulukuun ja maaliskuun välisenä aikana Appalakkien vuoristosta tuleva kylmän ilman esto voi johtaa merkittävään lumisateeseen koko osavaltiossa, kuten tammikuun 2016 lumimyrsky , joka johti ennätysmäärään 93 cm lunta Blymontin lähellä olevassa osavaltiossa . Talvella 2018-2019 Virginiassa satoi lunta vain 33 cm, mikä on hieman yli osavaltion keskiarvon 25 cm.