Die Stadt befindet sich in der subtropischen Klimazone. Im Allgemeinen zeichnet sich das Klima durch große Beständigkeit aus. Die mittlere Durchschnittstemperatur beträgt 18,2 Grad Celsius. In der Region fallen im Jahresdurchschnitt nur neun Millimeter Niederschlag, und längere Perioden ohne Niederschlag kommen immer wieder vor.
Im Winter (Juni bis September) liegt die Stadt praktisch den ganzen Vormittag, und oft auch den Rest des Tages unter dichtem Küsten- oder Hochnebel. Der kälteste Monat ist der August. Die Temperaturen fallen dann auf einen mittleren Wert von 15,1 Grad Celsius. Der Sommer (Dezember bis März) ist in Lima durch anhaltenden Sonnenschein bei angenehmen Temperaturen gekennzeichnet. Der wärmste Monat ist der Februar mit einem Durchschnittswert von 22,3 Grad Celsius.