In Belgrad herrscht ein gemäßigtes kontinentales Klima mit den für Europa üblichen vier Jahreszeiten. Der Herbst ist ein typischer Altweibersommer und hat längere Sonnentage und wärmere Zeitabschnitte als der Frühling.
Der Winter hat insgesamt 21 Tage im Jahr mit Temperaturen unter dem Gefrierpunkt. Doch aus dem Nordosten Belgrads weht ein sehr kalter Wind, der Košava, der den längeren Aufenthalt im Freien teils nahezu unmöglich macht, auch wenn das Thermometer nur wenige Grade unter dem Gefrierpunkt anzeigt. Doch dieser Wind ist charakteristisch für Belgrads Klima. Er weht immer nur 2 bis 3 Tage lang mit Durchschnittsgeschwindigkeiten von 25-43 km/h, doch er kann auch Geschwindigkeiten bis zu 130 km/h erreichen. Seine gute Seite ist, dass er der größte Luftreiniger Belgrads ist.
Der Januar ist der kälteste Monat mit einer Durchschnittstemperatur von -0,2 °C. Der Frühling ist kurz und regnerisch. Der Übergang zum Sommer erfolgt plötzlich. Der Sommer ist dagegen meist sehr heiß, mit konstanten Temperaturen über dreißig Grad.
Im Zeitraum von 1961 bis 1990 wurde ein jährliche Durchschnittstemperatur von 11,90 °C gemessen. Die wärmsten Monate sind laut Statistik die Monate Juli mit 21,70 °C und August mit 21,30 °C. Die bisher gemessenen Extremwerte in Belgrad sind (-26,20 °C) am 10. Januar 1893 sowie 42 °C am 12. August 1921 und 9. September 1946. Von 1888 bis 2003 wurden nur zwölf Tage mit Temperaturen über 40°C registriert. Durchschnittlich werden pro Jahr 31 Tage mit Maximaltemperaturen über 30 °C und 95 Tage mit (sommerlichen) Temperaturen über 25 °C gemessen.
Die Niederschläge weisen in Belgrad und seiner Umgebung im Jahresdurchschnitt 685 mm auf. Die größten Niederschlagsmengen werden im Mai und Juni registriert.
Die Sonnentage betragen im Schnitt 2.096 Stunden. Die größte Sonneneinstrahlung beträgt etwa 10 Stunden täglich in den Monaten Juli und August, während im Dezember und Januar die Bewölkung am stärksten ist, wenn die Sonne im Schnitt 2 bis 2,3 Stunden täglich scheint. Im Schnitt schneit es 27 Tage, die Schneedecke hält sich 40 bis 44 Tage und ist zwischen 14 und 25 cm dick.