德黑兰属于大陆性半干旱气候(柯本气候分类法里的寒冷半干旱气候)。德黑兰的气候在很大程度上受到地理位置的影响,厄尔布尔士山脉(Alborz)在德黑兰以北,荒漠则在南面。城内各地区的海拔高度不一,北部山丘地带的气候通常较南部的平原凉爽。夏季炎热、干旱、少雨,相对湿度较低,晚间天气清凉。冬季冷凉、干燥,但降水多于夏季。大部分的降雨都发生在晚秋至春季之间,全年湿度较平均。1月为最冷月(最低温度-1°C,最高温度8°C),6月为最热月(平均最低温度26°C,平均最高温度36°C)。
德黑兰的气候较伊朗许多地区温和,但极端的天气状况也并不罕见。极端最高气温为43°C,极端最低气温为-15°C。2008年1月5日和1月6日,在过往数年降雪量较少的情况下,德黑兰突然遭受暴雪及低温侵袭,积雪结冰的情况严重,部长会议宣布进入紧急状态,1月7日及1月8日停工停课。