祁连山作为我国重要的生态功能区、西北地区重要的生态安全屏障和河流产流区，是气候变化敏感区和生态环境脆弱区，其生态环境对西北地区经济发展起着重要作用。本研究利用祁连山区气温和降水观测数据、MOD10A2积雪产品以及石羊河、黑河和疏勒河流量资料，系统分析了1961—2020年祁连山区的气候变化特征，以及在气候变暖背景下，气候变化对祁连山区水资源的影响。结果表明：1961—2020年，祁连山区平均气温呈显著上升趋势，升温速率达0.39℃·（10 a）-1,西段升温速率最大，中、东段次之，冬季升温趋势最显著，春季最小；祁连山区平均气温在1997年发生突变。祁连山区年降水量总体呈波动增加趋势[10 mm·（10 a）-1],中段增加最明显，2004年以来祁连山区处于多雨时期，气候呈暖湿化趋势；四季降水量均呈增加趋势，夏季降水增加对年降水贡献最大；年降水以年际尺度变化为主，2.8年的年际尺度贡献率高达64.3%。祁连山积雪面积受气温和降雪影响明显，与夏季气温存在负相关，与降雪量存在正相关；2016—2020年，祁连山增温趋缓、降雪增多，积雪面积呈增加趋势。2000年以来，祁连山升温加剧，降水增多，冰雪融水增加，石羊河、黑河和疏勒河出山径流均呈增加趋势。研究结果对祁连山区生态文明建设和应对气候变化具有重要意义。