Los Angeles har middelhavsklima, med mild, varm vinter og varm, tørr sommer. Vind fra havet gjør Los Angeles noe svalere enn områdene i innlandet. Om sommeren kan temperaturene komme over 32 ℃, og på vinteren kan de komme over 19 ℃. Los Angeles har 325 soldager i året og ca. 3250 timer solskinn. Det er bare i vinterhalvåret det kommer nedbør av betydning. Los Angeles fikk i årene 1877-2012 i gjennomsnitt 380,5 mm nedbør i året, ifølge Los Angeles Almanac. Varmerekorden i Los Angeles ble satt den 26. juni 1990 med 44,4 ℃. Kulderekorden ble satt 4. januar 1949 med −2,2 ℃.