Grâce à l'océan Pacifique mais aussi à son relief très accidenté, la Californie jouit d'un grand nombre de microclimats, à tel point qu'on peut souvent constater une différence de entre deux endroits séparés de moins de . Globalement, on peut parler de quatre climats : méditerranéen, désertique, alpin et tempéré humide. Les grandes villes côtières, y comprises San Diego, Los Angeles, Santa Barbara, ou encore San Jose et San Francisco, connaissent un climat très modéré, où les températures ne dépassent que rarement les et où la neige et le gel sont inconnus. En revanche, dès que l'on traverse les montagnes côtières, les températures estivales dépassent souvent tandis que dans le grand désert, notamment dans la vallée de la Mort, elles atteignent parfois . Ailleurs on trouve des régions montagneuses bien au-dessus de où les routes sont enneigées de novembre jusqu'en mai (rendant notamment la traversée du parc national Yosemite impossible), ainsi que des forêts d'arbres gigantesques qui partagent le climat pluvieux du nord-ouest américain.