Климат Барнаула — континентальный с продолжительной морозной зимой и коротким умеренно жарким летом (Dfb по классификации климатов Кёппена)[1]. Среднегодовая температура воздуха — 2,6 °C. В розе ветров Барнаула наблюдается преобладание юго-западных, западных и южных ветров[2]. Для человека климат Барнаула умеренно комфортен[1].
Климат Барнаула заметно более континентальный, чем климат городов европейской части России, находящихся на той же географической широте, например Самары. Континентальность проявляется в меньшем количестве атмосферных осадков, выпадающих в течение года (433 мм) и неравномерности их распределения — 280 мм в тёплый период года и 153 мм в холодный. Также отмечается большая годовая амплитуда температуры воздуха[3]. Годовое солнечное сияние в Барнауле (2180 ч) превышает данный показатель Сочи. Самый холодный месяц в городе — январь (средняя температура −15,5 °C), самый теплый — июль (средняя температура +19,9 °C). Относительная влажность воздуха в холодный период года варьируется в пределах 74—79 %, а в теплый период составляет 55—73 %. Ветра в основном юго-западные, западные и южные. В последние 30 лет отмечается значительное повышение среднегодовой температуры с 2,0 до 2,7 °C, преимущественно за счет увеличения средней температуры зимних месяцев от 0,5 до 2 градусов и сокращения средней продолжительности зимы на 4—5 дней, одновременно с небольшим повышением температуры летних месяцев в пределах 0,5 градуса и большей средней продолжительностью лета на 3—4 дня[4]. По ранним изданиям климатического справочника СССР (включая данные XIX - начала XX веков) отмечалась среднегодовая температура Барнаула в 1,3 °C, что говорит об увеличении среднегодовой температуры за 100 лет на 1,4 °C. Самым дождливым был 1908 год, когда выпало 636 мм осадков, а самым сухим — 1862 год, когда осадков выпало 135 мм.
Среднегодовая температура воздуха в Барнауле составляет +2,6 °C. Из-за континентального климата годовая амплитуда температур в городе велика и составляет 35,4 °C (от –15,5 °C в январе до +19,9 °C в июле). Самым холодным месяцем в Барнауле был январь 1969 года со среднемесячной температурой –29,4 °C, а самым тёплым — июль того же года со среднемесячной температурой +23,8 °C.
Летом дневные температуры могут достигать +38,5 °C (7 июня 2023). Уже в конце мая возможна жара до +37,4 °C (26 мая 1980). Зимой минимальные температуры достигают −49,5 °C (16 декабря 1938), −51,5 °C (7 января 1931) и −49,3 °C (3 февраля 1943). Разность абсолютного максимума и абсолютного минимума в Барнауле равна 90 °C[5][6].
Относительная влажность воздуха в холодный период года варьируется в пределах 74—79 %, а в тёплый период года — в пределах 63—73%[8].