Представлены результаты комплексного исследования региональной изменчивости климата и ее влияния на урожайность зерновых в современных условиях глобального потепления. Изучена динамика основных агроклиматических показателей территории Ульяновской области с 2000 по 2021 г. Для обработки и анализа исходных данных использовались методы сравнения, анализа и обобщения. Изменения агроклиматических показателей изучаемого региона оценивались с помощью проверенных статистических методов, корреляционного и трендового анализов. Достоверность результатов оценивалась с помощью F-теста Фишера и T-критерия Стьюдента. Параметры синусоидального, корреляционного, трендового и дискриминантного анализа определяли с помощью методов аппроксимации и анализа с использованием функций разложения ряда Фурье и путем изучения многолетней вариации функций преобразования кривых «период - длина». Выявлено, что среднегодовая температура в XXI в. повысилась на 1,4 °C, суммарная активная температура - на 207,7 °C, количество осадков - на 94,6 мм. В то же время отмечено увеличение количества атмосферных засух, которые неизбежно привели к уменьшению значений ГТК. В целом локальные изменения климата не оказывают негативного воздействия на показатели урожайности сельскохозяйственных культур, так как эти значения являются положительными - 14,6 ц/га при высокой степени достоверности. Рассмотрены и обобщены климатические показатели теплого сезона. Определены даты, в которые среднесуточная температура характеризуется устойчивым переходом через значения 0, +5 и +10 °C, выверена периодичность теплого сезона. Полученные результаты наглядно отображают динамику урожайности зерновых культур с высокой степенью достоверности.