金星有着极为浓密的大气，其主要成分是二氧化碳、氮和少量的二氧化硫、氩、一氧化碳、水汽等。金星大气的质量是地球大气的93倍，其表面的大气压强则约是地球的92倍——相当于地球海平面之下1千米处的压强。
“先驱者号”探测器拍到的金星上的云
金星大气层示意图
金星大气中富含的二氧化碳造就了太阳系中最强的温室效应，使得金星表面的温度超过460℃。虽然金星自转得很慢，但由于其底层大气中风的热传递作用，金星不但昼夜没有温差，就连赤道和两极的温度也是相同的。此外，由于金星的自转轴倾角不足3°（相比之下，地球的自转轴倾角为23.5°），其温度的季节变化也非常之小。
在浓密的二氧化碳对流层之上，是主要由硫酸液滴组成的云层。它们可以把约60%的入射太阳光反射回太空，因此在可见光波段无法直接观测到金星表面。要了解金星表面，只能使用雷达波或探测器。在硫酸云顶部有300～400千米/小时的强风，它们只要4～5天就能环绕金星一周。这么高速的强风在金星云层中形成“V”字形的结构，可以在紫外波段看到。
在几十亿年前，金星大气和现在的地球大气极为相似，其表面也充满了大量的液态水。但液态水蒸发形成的水蒸气是一种强效的温室气体，使得金星表面温度上升。上升的温度又蒸发了更多的水蒸气，最终引发了极强的温室效应，造成了能熔化铅、锡的地狱般的高温环境。虽然金星的表面环境已经不再适宜任何类似于地球上的生命，但仍有科学家指出在金星云层中有可能存在微生物。（谢懿）