Климат Барнаула — континентальный (тип Dfb), с продолжительной морозной зимой и коротким умеренно жарким летом, а среднегодовая температура воздуха составляет +2,6 °C. Годовая амплитуда температур велика: от −15,5 °C в январе до +19,9 °C в июле, а абсолютные рекорды достигают +38,5 °C (7 июня 2023) и −51,5 °C (7 января 1931), что даёт разницу в 90 °C. Осадков выпадает около 433 мм в год (65% — в тёплый сезон), при этом солнечное сияние (2180 часов) превышает показатели Сочи, а в розе ветров преобладают юго-западные и западные направления. За последние 100 лет климат заметно теплеет: среднегодовая температура выросла с 1,3 °C (данные XIX–XX веков) до 2,6–2,7 °C, зимы стали короче на 4–5 дней, а лето — длиннее на 3–4 дня. Устойчивый снежный покров обычно устанавливается 6 ноября, а самым дождливым месяцем в истории наблюдений был июль 1947 года (187 мм осадков).