W najcieplejszym miesiącu roku – sierpniu, temperatury wynoszą zwykle od 25 do 31 °C w ciągu dnia, ponad 20 °C w nocy, a średnia temperatura morza wynosi 25 °C. Temperatury powyżej 30 °C występują w kilkunastu dniach rocznie, głównie w lipcu i sierpniu. Dwa miesiące – kwiecień i listopad mają charakter przejściowy, ze średnią temperaturą około 18 °C w ciągu dnia i 9 °C podczas nocy, pod względem temperatury i nasłonecznienia przypominają maj i wrzesień w Polsce. Najwyższe odnotowane temperatury to 37,4 °C„Valores Extremos for Barcelona” (pdf) – Agencia Estatal de Meteorología. na wybrzeżu i 38,2 °C w centrum, które miały miejsce 27 sierpnia 2010. Najniższą zanotowaną temperaturą było −8,0 °C na wybrzeżu i −1,0 °C w centrum miasta, które miały miejsce w nocy 27 stycznia 2005.
Opady Barcelona ma 500–600 mm opadów rocznie i nieco ponad 50 dni deszczowych rocznie przy opadach ≥1mm, ponad 70 dni deszczowych rocznie przy opadach ≥0,1mm, ze średnią kilka dni deszczowych w miesiącu. Opady wahają się średnio od 2–3 dni w lipcu do 6–9 dni deszczowych w październiku. Opady śniegu są niewielkie i rzadkie, do kilku razy na dekadę.