墨尔本的气候属于亚热带与温带交叉型气候，墨尔本的旧金矿最热月通常最高平均气温25℃ ，最低平均气温14℃ ，最冷月在3℃到15℃之间，终年多雨 ，属于温带海洋性气候 。处于向亚热带过渡的地带 ，夏季偶有最热月超过40摄氏的情形 。夏天人们喜欢去海边玩，在炎热的夏天 ，日间气温最高可达到四十摄氏度以上。
墨尔本的气候比较干燥 ，相对湿度常在30%到50%之间，由于干燥，平时晾晒衣物也干得快 ，衣服家具等物品不容易发霉 ，冬天在同样的低温下与湿度高的地方比较也不觉得那么寒冷，在生活上 ，墨尔本这样的湿度让很多人觉得舒适 。
由于地理位置和洋流影响的原因 ，墨尔本日夜温差较大，夏天即使白天气温高达三十多度 ，晚上就会凉下来至十二度左右 ，因此在冬天，墨尔本不太冷 ，冬天一般日间气温在十摄氏度以上 ，冬天并不下雪，但墨尔本的周围有许多山 ，冬天的时候寒冷的高山上有积雪 ，所以每逢冬季，墨尔本附近的高山又是滑雪的好地方 。
墨尔本地处大分水岭以东，常年受南太平洋暖流影响 ，属温带海洋性气候 ，全年气温变化较为和缓，降水分布均匀(下半年降水量略多) ，但由于同时受到印度洋冷风的影响 ，墨尔本日温差大(超过10°C)的天气状况比较常见。冬季温暖，略微潮湿 ，降雪少见(墨尔本地区上一次降雪追溯到1986年7月);夏季温热 ，相对干燥，高温天气少见 ，偶有极端高温(尤其是热浪发生时) 。最冷月为7月 ，平均气温9.8℃;最热月为1月，平均气温20.1℃ 。极端最低气温?2.8 °C(1901年7月4日) ，极端最高气温46.4℃(2009年2月7日)。
墨尔本的气候虽然普遍较为舒适 ，但由于受气候变暖的影响，近年来其平均温度(尤其是夏季)呈明显上升趋势，极端天气事件发生的频率和程度也显著升高和加深。例如2009年1月末至2月初 ，热浪突袭澳大利亚 ，墨尔本是主要的受影响城市之一 。该市保持了150年之久的最高温纪录就在此期间被打破? 。加上臭氧层空洞的问题，墨尔本夏季的阳光更加容易引起皮肤癌。市民在外出时 ，均会涂上防晒油以减少紫外线的伤害 。
墨尔本的气温有「一天四季」的说法 ，一天之间从短袖到棉袄这样的状况也经常出现 。
夏季：
墨尔本夏季平均最高温度为25.5℃,典型的夏日气候温暖,阳光灿烂,凉爽的海风由南方和东南吹来.夏季炎热期,温度可超过40℃。
秋季：
墨尔本秋季,气温降至约20℃,这一季节最为怡人，下午时分,海上有微风吹过.深秋时节,天气多云,阵雨增多.
冬季：
墨尔本冬季,气温位列全澳最低,有时夜间还会下霜.城市内不会降雪,日间平均气温大约为14℃,不过温度可低至4℃以下.在阿尔卑斯地区,平均温度在-5至5℃.
春季：
开春之际,墨尔本多云劲风,每日平均光照时间为5.8 小时.晚春时候,天气开始转暖.数日之间 。
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