Климат Воронежа относится к умеренному типу с ярко выраженной сезонностью: климатическое лето длится 121 день (с 13 мая по 11 сентября), а весенние заморозки заканчиваются значительно раньше, чем в Москве — уже 26 апреля.

Зима здесь относительно мягкая и тёплая: оттепелей в 1,5 раза больше, чем в столице (27 дней за сезон), а в декабре и январе нередки дожди вместо снега, хотя иногда случаются морозы ниже -20 °C.

Лето часто бывает жарким и сухим из-за влияния антициклонов из Казахстана и Северной Африки, а воздух с Черноморского побережья наполняет город ароматом моря и южных трав. Абсолютный температурный рекорд был зафиксирован 2 августа 2010 года, когда столбик термометра достиг +40,5 °C.

Осень в городе тёплая и затяжная: первые заморозки наступают только в начале октября, а устойчивый снежный покров появляется лишь к концу декабря. При среднегодовой температуре воздуха около +7,4 °C и относительно небольшом количестве солнечных дней (158 в год), климат Воронежа считается комфортным для жизни и сельского хозяйства.