Станция расположена в долине р. Северной Двины (бассейн Белого моря). Район станции входит в зону хвойных лесов. Окружающая местность представляет собой обширную речную пойму с замкнутыми озерами, изрезанную старицами и протоками. Пойма занята лугами, пашней, отдельными островами. По берегам озер и протоков растет ива.

Весной, во время половодья, пойма реки по всей ширине (до 15 км.) затопляется; в зону затопления часто попадает пониженная западная часть территории станции.

Метеорологические наблюдения в селе Холмогоры проводятся с апреля 1887 года. Первыми наблюдателями были священники Холмогорского монастыря Всеволод Дмитриевич Петровский и Феодот Феодотович Трунев.

М-П Холмогоры входит в состав наблюдательной сети Архангельского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды с региональными функциями (Архангельский ЦГМС-Р). В единые сроки 8 раз в сутки сертифицированными приборами специалисты станции проводят наблюдения за метеорологическими характеристиками: атмосферным давлением,  температурой и влажностью воздуха, температурой поверхности почвы и на глубинах, направлением и скоростью ветра, осадками, состоянием неба (количеством, формой, высотой нижней границы облаков), видимостью, снежным покровом, гололедно-изморозевыми отложениями; проводятся агрометеорологические  наблюдения за влажностью и промерзанием почвы, развитием сельскохозяйственных культур. Ежедневно измеряется гамма-фон на местности.

Результаты наблюдений используются в оперативной практике прогностических органов, проходят автоматизированную обработку на ПЭВМ с целью получения ежемесячников, ежегодников, климатических и агроклиматических справочников, необходимых для изучения метеорологического режима территории и использования при проектировании новых сооружений, изыскательских работах, сельскохозяйственной деятельности.

По средним многолетним данным наблюдений на станции «Холмогоры»

- годовая температура воздуха составляет 0,6 градусов С.

- относительная влажность 80%;

- скорость ветра 3,8 м/с;

- число ясных дней 15;

- число пасмурных дней 187;

- самый теплый месяц - июль, с температурой воздуха 15,8 гр. С;

- самый холодный месяц январь, с температурой воздуха . 13,4 гр. С;

- абсолютный максимум температуры воздуха 35 гр.С наблюдался в июле 1972 года;

- абсолютный минимум температуры воздуха - 46 гр. С наблюдался в декабре 1919 и феврале 1946 года.

Розы ветров: