Dakota del Sur tiene un clima continental de veranos cortos y bastante oscilación diurna de la temperatura por hallarse en la trayectoria que recorren las tormentas. De noviembre a marzo el termómetro llega a descender hasta — 17 °C; de mayo a octubre sube a veces a 37 °C, pero como la humedad es escasa el calor resulta soportable. Las precipitaciones son de unos 550 mm en el E y 440 mm en el centro y O, con escasas nieves. La altitud de las Black Hills determina en su zona un clima más frío y húmedo que en el resto del estado.
Aunque Dakota del Sur es una región de llanuras agrícolas desprovistas de arbolado, se han preservado algunas zonas forestales en tres bosques del estado que comprenden una extensión de 5691 km2: Bosque Nacional de Harney, Bosque de las Black Hills y Bosque Nacional de Custer. El árbol principal es el pino ponderosa; hay también otras especies de pino, abeto blanco, junípero de las Rocosas y enebro. En el resto del país la mayoría de los árboles crecen a orillas de los ríos y los más corrientes son el chopo temblón y de Virginia, álamo, haya, abeto balsámico, roble, olmo y sauce.
En el O hay todavía numerosos coyotes, que dieron el nombre popular al estado, pero de las grandes manadas de búfalos que antiguamente habitaban la región sólo se conservan unas 300 cabezas en el Parque Nacional de Wind Cave. Al O del Misuri existen numerosos antílopes, liebres, alces y ciervos. Pasan de 300 las especies de aves, entre las que se cuentan patos, gansos, pelícanos, garzas, grullas, faisanes chinos y codornices. Una superficie de 1618 km2 está destinada a la reproducción de aves acuáticas migratorias y aves y animales de caza. También existen numerosas aves canoras.
Los peces abundan en ríos y lagos; sus principales especies son el pez-gato, rodador, lucio y, en la región de las Black Hills, la trucha. El estado mantiene criaderos para la repoblación de las aguas.
