Феодосийский городской округ расположен в зоне умеренно-континентального климата. Сложный рельеф делает каждый уголок Большой Феодосии особенным: Коктебель относится к юго-восточному району Южнобережья, а Феодосия — к более континентальному побережью.
| Месяц | Феодосия | Коктебель | Осадки | Температура моря |
|---|---|---|---|---|
| Янв | 1,5°C | 0,8°C | 38 мм | — |
| Фев | 2,0°C | 1,2°C | 32 мм | — |
| Мар | 5,5°C | 4,8°C | 30 мм | — |
| Апр | 10,5°C | 10,0°C | 28 мм | — |
| Май | 15,8°C | 15,2°C | 35 мм | — |
| Июн | 20,5°C | 20,0°C | 42 мм | 20,5°C |
| Июл | 23,2°C | 22,8°C | 38 мм | 23,5°C |
| Авг | 22,8°C | 22,5°C | 35 мм | 24,0°C |
| Сен | 18,2°C | 17,8°C | 40 мм | 21,0°C |
| Окт | 12,5°C | 12,0°C | 45 мм | 16,5°C |
| Ноя | 7,0°C | 6,5°C | 48 мм | 12,0°C |
| Дек | 3,2°C | 2,5°C | 42 мм | — |
Сложный рельеф делает каждый уголок Большой Феодосии особенным. Коктебель, по климатическому режиму относящийся к юго-восточному району Южнобережья, отличается от феодосийского меньшей среднегодовой температурой. В Коктебеле она колеблется от 9,4 до 10,4 °C, в Феодосии равна 11,7 °C. Отличается температура и в пределах посёлка: у подножья Карадага на 2 °C прохладнее, чем у турбазы «Приморье».
Краснокаменка и Щебетовка, окружённые со всех сторон покрытыми лесом горами, имеют более мягкий и тёплый климат, чем приморские посёлки. Орджоникидзе, расположенный на берегу узкой бухты, всегда отличается более высокими, по сравнению с полуоткрытым Феодосийским заливом, температурами морской воды. Приморский, Береговое, Насыпное и северные районы Феодосии, в отличие от западных посёлков, не ограждены горами от ветров.
Особый микроклимат Курортного и западного склона Карадага позволил создать дендропарк Карадагской биостанции с теплолюбивыми видами растений.