Paducah har et fuktig subtropisk klima (Köppen ) med fire tydelige årstider og befinner seg i hardførhetsone 7. Våren pleier å komme for alvor i midten/slutten av mars, sommeren er fra midten/slutten av mai til slutten av september, med høsten i oktober og november. De største temperatur- og nedbørvariasjonene er gjerne tidlig på våren eller sent på høsten, uvær er vanlig, av og til som tornado i området. Vintrene er vanligvis en blanding av regn, sludd og snø, og store snøfall og ising kan forekomme. I januar er gjennomsnittstemperaturen rundt 0° C, og gjennomsnittlig er det 5-6 dager i året at det er en temperatur på under -12 °C, og den første og den siste dagen med frost faller gjennomsnittlig på henholdsvis 25. oktober og 8. april. Somrene er gjerne varme, fuktige og disige, med en gjennomsnittstemperatur i juli på 26,1 °C og det kan i perioder være tørke. Paducah har gjennomsnittlig 48 dager i året med mer enn 32 °C. Den gjennomsnittlige snødybden er på 23 cm i løpet av en sesong, av et gjennomsnittlig årlig snøfall på 125 cm. De temperaturmessige ytterpunktene varierer mellom 42 °C som ble satt 29. juni 2012 under en hetebølge i Nord-Amerika, og ned til -26 °C 20. januar 1985 under en kuldebølge.