济南地处中纬度地带，由于受太阳辐射、大气环流和地理环境的影响，属于暖温带半湿润季风型气候。其特点是季风明显，四季分明，春季干旱少雨，夏季温热多雨，秋季凉爽干燥，冬季寒冷少雪。
济南年平均气温13.8℃，无霜期178天，气温最高42.5℃（1955年7月24日），最低气温零下19.7℃（1953年1月17日）。最高月均温27.2℃（7月），最低月均温-3.2℃（1月）。年平均降水量685毫米。年日照时数1870.9小时（2009年）。
冬季亚洲大陆北部形成了蒙古高压，济南被极地大陆气团所控制，常受来自北方冷空气侵袭，寒冷晴朗，雨雪较少，多偏北风。夏季受热带、副热带海洋气团影响，盛行来自海洋的暖湿气流，天气炎热，雨量充沛，光照充足，多偏南风。春季和秋季是冬季转夏季、夏季转冬季的过渡季节，风向多变。一年之中，在不同季节，济南市处在不同大气环流控制之下，构成了春暖、夏热、秋爽、冬冷四季变化分明的气候。济南冬季长达136～157天，一般在11月上旬至次年3月下旬；夏季为105～120天，一般在5月下旬至9月上旬；春、秋季最短，都不足两个月。加之三面环山的地形，令水汽和热空气回流聚集不宜扩散，多于一般北方城市的夏季降水。
泉城济南，泉群众多、水量丰沛，被称为的天然岩溶泉水博物馆。济南城内百泉争涌，分布着久负盛名的趵突泉泉群、黑虎泉泉群、五龙潭泉群、珍珠泉泉群、白泉泉群、百脉泉泉群、玉河泉泉群、涌泉泉群、袈裟泉泉
群以及平阴的洪范池泉群十大泉群。以上十大泉群均属“济南泉群”。济南城内百泉争涌，向有名泉七十二之说，流传甚广。
济南老城的泉水分布最为密集，十大泉群中，仅有老城就占有4个，基本上是现今游船环城一圈的区域：从黑虎泉出发，经泉城广场—西门—五龙潭—大明湖公园北侧—老东门—
青龙桥，密布着大大小小100多处天然甘泉，汇流成的护城河流淌到大明湖，与周围的千佛山、鹊山、华山等构成了独特的风光，也成为少有的集“山、泉、湖、河、城”于一体的城市，自古就有“家家泉水，户户垂柳”、“四面荷花三面柳，一城山色半城湖”的美誉。
除此之外，济南境内河流主要有黄河、小清河两大水系，还有环绕老城区的护城河，以及南北大沙河，玉符河，绣江河，巨野河等河流。湖泊有历下区的大明湖（水源来自趵突泉等泉群）和章丘区辖的白云湖；百脉泉，黑虎泉等公园内也布有大小泉池。
