A Szahara éghajlata az elmúlt néhány százezer évben nagy, hullámzó változásokon ment keresztül. Az utolsó jégkorszak idején nagyobb volt, mint ma, délen mai határain túl terjeszkedett. A jégkorszak vége után, Kr. e. 8000 és 6000 közt a terület éghajlata az élővilág számára kedvezőbbre fordult, talán azért, mert az északon zsugorodó jégmezők alacsony nyomású övezeteket alakítottak ki. Amikor azonban a jégmezők eltűntek, a Szahara északi része kiszáradt.
 
Oázis az Ahaggar-hegységbenEzzel azonban még nem volt vége a változásoknak. A monszunzóna határa ugyanis, amely ma csak a Száhel szélességi köreiig szállít esőt, északabbra húzódott és megakadályozta a Szahara déli részének kiszáradását. A monszunt a nyári felmelegedés okozza, amelynek következtében a felforrósodó szárazföld feletti száraz légrétegek felemelkednek és a helyükbe az óceán felől nedvesebb légrétegek érkeznek, esőt szállítva. A Szahara így paradox módon a megerősödő nyári napsugárzás idején lett csapadékosabb. A napsugárzás energiájának történeti változásait a Föld keringési paramétereinek változásai okozzák (kilencezer éve a Föld tengelyének dőlése nagyobb volt, mint ma, így a nyári napközeli apszis július végén jött el.)

Kr. e. 3400 környékére a monszunhatár körülbelül mai helyére vonult vissza, a Szahara területének fokozatos elsivatagosodását okozva. A Szahara ma körülbelül ugyanolyan száraz, mint 13 ezer évvel ezelőtt volt. A szaharai pumpa elmélet az ezen éghajlati hullámzások következtében lezajlott flóra-, fauna- és emberi vándorlásokat írja le.

A Szahara ma a Föld egyik legmostohább éghajlatú területe az élőlények számára. Az uralkodó északkeleti szél gyakran okoz homokviharokat és porforgókat. A csapadék ritka, de nem ismeretlen. A Szahara fele kevesebb mint két centiméternyi esőt kap évente, a maradék kevesebb, mint 10 centimétert. Ritkán esik az eső, sok helyen akár többéves szünetet követően, akkor viszont általában felhőszakadásszerű.

A Szahara csapadékmennyiség alapján mért déli határa 1980 és 1990 között előre és visszafelé is mozgott. A száheli szárazság következtében összességében dél felé mozdult el mintegy 130 kilométert.  A legutóbbi években az elerdőtlenítés is hozzájárul a Szahara déli irányú terjeszkedéséhez, mivel az itt élők továbbra is tüzelőnek használják a fákat és bokrokat.