Климат умеренный, переходный от умеренно континентального к умеренно морскому. Такой тип климата объясняется географическим положением и атмосферной циркуляцией, характерной для Ленинградской области. Это обусловливается сравнительно небольшим количеством поступающего на земную поверхность и в атмосферу солнечного тепла. По классификации климатов Кёппена он классифицируется как влажный континентальный. Влияние циклонов Балтийского моря даёт тёплое, влажное и короткое лето и длинную, холодную сырую зиму.

Суммарный приток солнечной радиации здесь в 1,5 раза меньше, чем на юге Украины, и вдвое меньше, чем в Средней Азии. За год в городе бывает в среднем 62 солнечных дня. Поэтому на протяжении большей части года преобладают дни с облачной пасмурной погодой, рассеянным освещением. Продолжительность дня меняется от 5 часов 51 минуты 22 декабря до 18 часов 50 минут 22 июня. В городе наблюдаются так называемые Белые ночи (принято считать, что они наступают 25—26 мая и заканчиваются 16—17 июля), когда солнце опускается за горизонт не более чем на 9° и вечерние сумерки практически сливаются с утренними. В общей сложности продолжительность белых ночей более 50 дней. Годовая амплитуда сумм прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность при ясном небе от 25 МДж/м² в декабре до 686 МДж/м² в июне. Облачность уменьшает в среднем за год приход суммарной солнечной радиации на 21 %, а прямой солнечной радиации на 60 %. Среднегодовая суммарная радиация составляет 3156 МДж/м².

Характерна частая смена воздушных масс, обусловленная в значительной степени циклонической деятельностью. Летом преобладают западные и северо-западные ветры, зимой — западные и юго-западные. Петербургские метеостанции располагают данными с 1722 года. Самая высокая температура, отмеченная в Санкт-Петербурге за весь период наблюдений: +37,1 °C, а самая низкая: −35,9 °C.