Le , conformément à son programme électoral, il annonce le retrait des États-Unis de l'accord de Paris sur le climat, sans toutefois exclure de réintégrer le processus après renégociation, voire de conclure un « nouvel accord qui protège » les États-Unis. En outre, il ne prévoit pas de sortie de l'accord avant fin 2020. Le retrait formel des États-Unis ne sera possible qu'après le 4 novembre 2020, soit au lendemain de l'élection présidentielle. Il justifie sa décision par une volonté de défendre l'économie américaine, en s'appuyant sur des données jugées mal interprétées ou erronées. Cette annonce provoque de vives critiques aux États-Unis. Ce choix est également condamné par la quasi-totalité des dirigeants de la planète. En août 2017, les États-Unis confirment leur présence à la conférence de Bonn sur le climat.