Freiburg ligger i et område med et varmt og fuktig klima, men det er forholdsvis store forskjeller innenfor området. I sletteområdene er det varmt og tørt, mens det i bergområdene er heller kjølig. Den gjennomsnittlige middeltemperaturen i Freiburg er på 11,4°C – byen er derfor en av de varmeste storbyene i Tyskland. I løpet av hetebølgen i 2003 den 13. august ble det målt 40,2 °C, den høyeste temperaturen noen gang registrert i Tyskland. Rekorden deles mellom Freiburg, Karlsruhe og Mannheim.