Το κλίμα της Καλιφόρνια ποικίλλει ευρέως από έρημο έως αλπικό, ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος, το υψόμετρο και το πόσο κοντά βρίσκεται η περιοχή στην ακτή. Τα περισσότερα από τα παράκτια και νότια τμήματα της πολιτείας έχουν μεσογειακό κλίμα με κάπως βροχερούς χειμώνες και ξηρά καλοκαίρια. Οι έρημοι στα νότια της πολιτείας έχουν πολύ ζεστά καλοκαίρια και ήπιους χειμώνες. Τμήματα του νότου έχουν ημίξηρο/στέπιο κλίμα, για παράδειγμα το Σαν Ντιέγκο.

Σύμφωνα με τους μέσους όρους της Εθνικής Υπηρεσίας Ωκεανών και Ατμόσφαιρας (NOAA) από το 1981 έως το 2010, η Καλιφόρνια είναι η 13η θερμότερη πολιτεία των Ηνωμένων Πολιτειών με μέση ετήσια θερμοκρασία 14,7 °C (58,4 °F).