Det meste av delstaten har middelhavsklima med tørre og varme somre, og milde vintre med noe regn. Dess lenger innover i staten man kommer, jo varmere somre og kaldere vintre. Områdene rundt kysten har som regel noe tåke, spesielt i og rundt San Francisco. Mens det svært sjeldent regner i Sør-California, regner det relativt mye i Nord-California. Nordkysten har temperert klima, og de høye fjellene har arktisk klima, mens Sør-California og Central Valley har middelhavsklima. Sørøstlige deler har ørkenklima.