牡丹喜凉爽气候，而不大耐寒，宜中性或微碱性土壤，怕强碱或强酸性，忌黏性土。畏炎热，喜干燥，不耐湿，喜向阳，惧大风，怕酷暑。生长的最适温度为10～20℃，最低不得低于-20℃，最高不超过41℃。牡丹喜肥，施用腐熟堆肥、粪干、麻油饼等肥料最为适宜。
洛阳牡丹开花时对气温的要求是，白天20～22℃，夜间8～10℃。立春花芽开始萌动。2月10日前后芽尖裂嘴。2月15日前后花蕾和叶片的形状初步显现。芽长1.5～2.0厘米时，气温白天7～8℃，夜间-4～5℃。2月20日前后，牡丹叶片长已达2～2.5厘米，3月5日前后气温白天14～15℃，夜间1～2℃，这时芽长8～10厘米。在正常稳定的气温下，最早开放者为4月6日；4月8～9日，朱砂垒、赵粉等品种已相继见花；4月11日，二乔、白雪塔开放；4月15～16日同时开放者已达80余个品种；4月17日开始盛花。最晚的花为5月4日（如假粉金鳞、赤龙换彩、合欢娇、葛巾紫等）。从总体看牡丹的初花期为4月14日，盛花期为4月18日，末花期为4月25日，每个品种的花期持续天数为11天。牡丹的整个花期约10～20天。曾有“弄花一年，看花十天”之说。唐白居易诗曰：“花开花落二十日，一城之人皆若狂”。说明牡丹早、中、晚开品种搭配，交替开花有20天的时间。
牡丹以鳞芽越冬，有花芽与叶芽之分。花芽肥而圆，叶芽瘦而尖。花芽生在牡丹枝顶上1～2芽；叶芽散布在顶芽之下或弱枝上。牡丹的顶花芽萌发后抽出花茎，其花茎就是当年生枝条。当年生长长度10～13厘米，此种枝条当年只有基部的1～3个节间可以木质化或分化为花芽，次年继续开花。进入休眠期后枝上部开始由上而下陆续干缩。当温度超过25℃以上时，植株生长暂受抑制，呈半休眠状态。牡丹的年生长发育周期可分为两个阶段：2～9月为生长期，其中包括萌芽、生枝、开花、长叶、花芽分化、扩大植株生长量等。9月下旬至次年元月为相对休眠期。牡丹的繁殖必须在9月下旬至10月上、中旬进行。若在次年春季分株，则有：“春季栽牡丹，到老不开花”的现象，甚至逐渐萎蔫死亡。
牡丹花芽分化，开始于5月份，完成于9月份，历时3个多月，花芽必须经过冬季的低温锻炼，翌年才能正常开花。