New Delhi connaît un climat subtropical humide, classé Cwa. La ville se tient entre l'Himalaya et le désert du Thar, ce qui accentue les écarts de température. Les précipitations annuelles avoisinent 774 millimètres et tombent surtout pendant la mousson. Le calendrier local distingue cinq saisons.
De la mi-février au début avril, les journées sont chaudes et les nuits fraîches. L'humidité reste modérée et le ciel souvent dégagé. La ville se visite alors dans les meilleures conditions.
La saison chaude court de la mi-avril à la fin juin. Les maximales dépassent régulièrement 40 degrés en mai et en juin. Le record absolu, 49,9 degrés, remonte au 28 mai 2024. Des orages de poussière appelés andhi balaient la ville en fin de journée. Les tempêtes venues du Thar font parfois grimper les particules grossières à des niveaux extrêmes.
La mousson du sud-ouest atteint Delhi vers la fin juin et se retire à la mi-septembre. Juillet et août rassemblent l'essentiel des pluies, environ 443 millimètres à eux deux. Les averses sont brèves et violentes, et les rues s'inondent vite. L'humidité monte fortement, les températures fléchissent, et l'air se nettoie.
De la fin septembre à novembre, les journées restent sèches et douces, les nuits deviennent fraîches. Cette période concentre aussi les pires épisodes de pollution. Les brûlis agricoles du Pendjab et de l'Haryana, en octobre et en novembre, s'ajoutent aux émissions locales.
De décembre au début février, les minimales tournent autour de 5 degrés et frôlent parfois zéro en janvier. Le record de froid, moins 2,2 degrés, date du 11 janvier 1967. Un brouillard épais se forme au petit matin. Il réduit la visibilité à quelques dizaines de mètres et perturbe les vols et les trains. L'inversion thermique plaque les polluants au sol.
Février et mars réunissent les meilleures conditions, avec des températures douces et un air moins chargé. La fenêtre de la mi-octobre à décembre reste agréable côté thermomètre, mais la qualité de l'air y devient mauvaise. Mai et juin se prêtent mal à la marche en ville.