Heidelberg gehört, ebenso wie der Bereich Badische Bergstrasse, zu den wintermildesten und wärmsten Zonen Deutschlands. Trotz der im Vergleich zum Breisgau nördlicheren Lage, ist das Klima in Heidelberg vergleichbar wintermild und sommerwarm, da  der zu erwartende Nachteil der nördlicheren Lage durch das Abfallen der Rheinebene nach Norden kompensiert wird und die Hänge der Bergstrasse dadurch eine um ca. 100 Meter geringere Erhebung über dem Meeresspiegel aufweisen, als die südlichsten Lagen im Oberrheintal.

Der wärmste Monat ist Juli mit einem Temperaturdurchschnitt von 20,1°C und der kälteste Monat Januar mit durchschnittlich +2,5°C. Temperaturen zwischen 35 und 40 Grad sind im Hochsommer keine Seltenheit, während die Tiefsttemperaturen in einem durchschnittlichen Winter oftmals im einstelligen Minusbereich bleiben (siehe Jahresdurchschnittswerte und Wetterstationsdaten).

Aufgrund des sehr milden Gesamtklimas und der hohen Wärmesumme gedeihen in Heidelberg etliche subtropische Pflanzen wie Mandel- und Feigenbäume, Zypressen und Hanfpalmen.