鳳凰城氣候干燥，年平均溫度居全美主要城市之首，屬熱帶沙漠氣候。

就世界范圍而言，也只有波斯灣附近的一些城市，如沙特阿拉伯的利雅德和伊拉克的巴格達年均溫度超過鳳凰城。鳳凰城平均每年有89天的溫度超過100華氏度（38攝氏度），從六月到九月幾乎全部時間都在此列。夏季夜間最低氣溫經常超過80華氏度（27攝氏度），七月的夜間平均最低氣溫為83華氏度（28.3攝氏度），八月為84華氏度（28.8攝氏度）。歷史上最高的最低溫度為96華氏度（36攝氏度），出現在2003年7月15日。干燥的沙漠空氣使初夏的氣候尚可接受，但七月前后季風帶來的水汽將大大增加空氣中的濕度從而使人感到悶熱。大部分情況下，鳳凰城的冬天比較和暖。 鳳凰城平均有85%的時間可以接受日照但降雨偏少，鳳凰城天港國際機場年平均總降水量為8.3英寸（210毫米）。三月降水量最大，約為1.07英寸（27毫米）；五月最小，約為0.09英寸（2毫米）。盡管全年都可能出現雷雨，但大多隨著加利福尼亞灣吹來的潮濕空氣，出現在七月到九月中旬。雷雨可能伴隨有冰雹，甚至在極罕見的情況下伴隨著龍卷風。冬天風暴從太平洋向內陸移動時可能造成暴雨，但并不常見。冬天經常有霧。從鳳凰城的氣候特征來看，中國沒有那個城市的氣候能與之相似的，因為中國沒有熱帶沙漠氣候。