鳳凰城氣候幹燥，年平均溫度居全美主要城市之首，屬熱帶沙漠氣候。就世界範圍而言，也只有波斯灣附近的壹些城市，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。1990年6月26日，鳳凰城的溫度達到了122華氏度（50攝氏度），這是有氣象記錄以來最熱的壹天[14]。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。
幹燥的沙漠空氣使初夏的氣候尚可接受，但七月前後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，鳳凰城的冬天相對暖和。
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，但並不常見。冬天經常有霧。
壹般來說，鳳凰城平均每年只有5天氣溫會降至0攝氏度以下[16]。長期統計數據表明，初霜壹般出現在12月15日，末霜出現在2月1日。但這些數據可能並不能完全概括整個都會的情況，氣候隨著不同的地形和海拔有很大變化。壹般來說，城市邊緣可以看到霜但是機場附近則很難見到冬霜。歷史上最早的初霜出現在1946年11月3日，最晚的末霜出現在1945年4月4日。歷史上鳳凰城的最低溫度出現在1913年1月7日，為16華氏度（-8.8攝氏度）。
鳳凰城地區極少能見到雪。第壹次有記錄的降雪出現在1896年，此後超過0.1英寸（0.25厘米）的降雪僅出現過其次。最大的降雪出現在1937年1月20日到1月21日，降雪量達到了1到4英寸（2到10厘米），此次降雪直到四天後才完全融化。此外，1933年1月20日曾出現1英寸（2.5厘米）的降雪；1939年2月2日曾出現0.5英寸（1厘米）的降雪。有壹次比較大的降雪出現在1990年12月20日至12月21日，降雪量為0.4英寸（1厘米）。此外的降雪出現在1917年3月12日、1919年11月28日和1985年12月11日[17]。在2007年1月27日，鳳凰城大部分地區都出現了降雪，降雪範圍包括Mesa及坦佩等，此次降雪導致了氣溫驟降20華氏度。
菲尼克斯天港國際機場（1971-2000）氣候平均數據 月份 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 全年 平均高溫 °C（°F） 19.61
(67.3) 21.89
(71.4) 24.5
(76.1) 29.28
(84.7) 34.39
(93.9) 39.94
(103.9) 41.44
(106.6) 40.28
(104.5) 37.22
(99.0) 30.94
(87.7) 23.89
(75.0) 19.5
(67.1) 30.22
(86.4) 平均低溫 °C （°F） 7.11
(44.8) 9.11
(48.4) 11.67
(53.0) 14.22
(57.6) 19.67
(67.4) 24.22
(75.6) 28.28
(82.9) 27.56
(81.6) 24.22
(75.6) 16.72
(62.1) 10.22
(50.4) 6.61
(43.9) 16.61
(61.9) 降雨量mm （英寸） 21.1
(0.83) 19.6
(0.77) 27.2
(1.07) 6.4
(0.25) 4.1
(0.16) 2.3
(0.09) 25.1
(0.99) 23.9
(0.94) 19
(0.75) 20.1
(0.79) 18.5
(0.73) 23.4
(0.92) 210.6
(8.29) 平均降雨天數 4.2 4.3 4.6 1.7 1.1 .7 4.2 4.5 3.1 2.9 2.7 3.7 37.7 日照時間 257.3 259.9 319.3 354.0 399.9 408.0 378.2 359.6 330.0 310.0 255.0 244.9 3,876.1