Die Stadt befindet sich in der gemäßigten Klimazone, weshalb das ganze Jahr relativ milde und angenehme Temperaturen herrschen. Die Sommer sind heiß und feucht (30°C tagsüber und 20°C nachts), die Winter trocken und sonnig (10°C tagsüber und um 0°C nachts), Schnee fällt auch manchmal. Von Ende Juni bis Mitte Juli dauert die Regenzeit (Tsuyu), mit täglichen Regenschauern. Mitte Juli bis Ende August ist es anhaltend heiß mit hoher Luftfeuchtigkeit.
Taifune drohen im September oder Oktober, dauern aber selten länger als einen Tag. Sie entstehen meist im Sommer oder Frühherbst im Nordpazifik westlich der Datumsgrenze und nördlich des 5. nördlichen Breitengrades am Rand des Kalmengürtels und wandern dann meistens zuerst nordwestlich in Richtung Vietnam, Philippinen und China. Wenn sie das Festland nicht erreichen, drehen sie in nordöstliche Richtung ab und suchen Korea und Japan heim. In Tokio bringen Taifune starke Windböen und Regenfälle, schwächen sich dann aber allmählich ab, je weiter sie ins Inland vordringen.
Die durchschnittliche Jahrestemperatur in Tokio beträgt 15,6 °C, die jährliche Niederschlagsmenge im Mittel 1.410 Millimeter. Der wärmste Monat ist der August mit durchschnittlich 27,1 °C, der kälteste der Januar mit 5,2 °C im Mittel. Der meiste Niederschlag fällt im Juni mit durchschnittlich 186 Millimeter, der wenigste im Januar mit 45 Millimeter im Mittel.