Köpenhamn ligger i den tempererade zonen och har en årsmedeltemperaturen på 8,5 grader, vilket är 5 grader högre än latitudens genomsnitt. Läget vid vattnet ger staden ett marint klimat och Golfströmmens uppvärmning höjer stadens temperatur.

Den danska huvudstaden har nästan aldrig en sammanhållen vinter. Som kallast blir staden mellan november och mars då polarluft kommer norrifrån. Januari och februari är de kallaste månaderna med en dygnsmedeltemperatur på 5 grader.

Temperaturen påverkas av högtryck både i Mellanskandinavien och i Alperna. Det händer att året passerar utan snö men ibland präglas månader av minusgradig medeltemperatur. Köpenhamn har i snitt ungefär 80 frostnätter och 20 frostdagar.

Golfströmmens uppvärmning gör att höstarna blir mer utdragna och längre. Vädret under sommaren varierar från år till år men i snitt har Köpenhamn 5-6 kortare värmeböljor. Nederbörden är störst på sommaren och minst på vintern. Årsmedelnederbörden, som kommer främst i form av regn, är ungefär 600 mm. Juli är en av de varmaste månaderna men även den mest nederbördsrika. Under sommaren har Köpenhamn mest soltimmar av de nordiska huvudstäderna.

Eftersom Köpenhamn har en helt öppen kust är staden relativt blåsig året runt. Stormar och orkaner är vanligast under november till februari. Under sommaren är de sällsynta och på försommaren väldigt ovanliga.

Vädret och temperatur i Köpenhamn varierar mellan olika tider på året och precis som alla blåsiga kuststäder kan solsken vid en tid på dygnet gå över till regn under nästa timma.