L’atmosphère de Vénus, près de cent fois supérieure à la pression terrestre, est essentiellement constituée de dioxyde de carbone CO₂. Le CO₂ et l’azote N₂ constituent à eux seuls plus de 99,9% de l’atmosphère. On trouve également des gaz rares tels le néon ou l'argon, de même que du SO₂.

Son environnement est probablement le plus hostile de tout le Système Solaire. La vie y est impossible tant la température à la surface est importante. La température au sol est proche de 460 °C. Durant la nuit, la température décroît pour atteindre -170 °C. L’observation infrarouge de la planète a fait apparaître une inversion de température au-dessus du pôle Nord.

Avec l'évolution du Soleil et l'accroissement de sa température, la température à la surface de Vénus s'est accrue et tous les océans existants se sont évaporés. Cette disparition de l’eau s’explique plus scientifiquement par la photodissociation de H₂O couplée à un échappement de l’hydrogène ainsi créé du champ gravitationnel de Vénus et d'une incorporation de l’oxygène à la croûte.