凤凰城气候干燥，年平均温度居全美主要城市之首，属热带沙漠气候。就世界范围而言，也只有波斯湾附近的一些城市，如沙特阿拉伯的利雅德和伊拉克的巴格达年均温度超过凤凰城。凤凰城平均每年有89天的温度超过100华氏度（38摄氏度），从六月到九月几乎全部时间都在此列。夏季夜间最低气温经常超过80华氏度（27摄氏度），七月的夜间平均最低气温为83华氏度（28.3摄氏度），八月为84华氏度（28.8摄氏度）。历史上最高的最低温度为96华氏度（36摄氏度），出现在2003年7月15日。干燥的沙漠空气使初夏的气候尚可接受，但七月前后季风带来的水汽将大大增加空气中的湿度从而使人感到闷热。大部分情况下，凤凰城的冬天比较和暖。 凤凰城平均有85%的时间可以接受日照但降雨偏少，凤凰城天港国际机场年平均总降水量为8.3英寸（210毫米）。三月降水量最大，约为1.07英寸（27毫米）；五月最小，约为0.09英寸（2毫米）。尽管全年都可能出现雷雨，但大多随着加利福尼亚湾吹来的潮湿空气，出现在七月到九月中旬。雷雨可能伴随有冰雹，甚至在极罕见的情况下伴随着龙卷风。冬天风暴从太平洋向内陆移动时可能造成暴雨，但并不常见。冬天经常有雾。从凤凰城的气候特征来看，中国没有那个城市的气候能与之相似的，因为中国没有热带沙漠气候。
