Barcelona har et middelhavsklima, med milde, fuktige vintre og varme, tørre sommere. Januar og februar er de kaldeste månedene, med en gjennomsnittstemperatur på rundt 10 ℃. Juli og august er de varmeste månedene. Da ligger gjennomsnittstemperaturen på rundt 25 ℃. Den høyeste temperaturen som er registrert på målestasjonen ved El Prat de Llobregat, er 37,3 ℃ 13. august 2003, og den laveste er −7,2 ℃ 16. januar 1985. I selve Barcelona er den høyeste registrerte temperaturen 38,6 ℃ i 2003. Ved målestasjonen på Tibidabo har man registrert en temperatur på 39,8 ℃.