Tại Hoa Kỳ, "City of Angels" được gửi đến các đài phát thanh nhạc rock dưới dạng đĩa đơn quảng bá từ album Love, Lust, Faith and Dreams vào ngày 30 tháng 7 năm 2013.[15] Sau khi phát hành, ca khúc ra mắt ở hạng 47 trên bảng xếp hạng Rock Airplay và giành thứ hạng cao nhất — vị trí số 18 trên bảng xếp hạng này vào 23 tháng 11 năm 2013. Bài hát còn xếp thứ 40 trên bảng xếp hạng Alternative Songs và trở thành một "Hot Shot Debut".[lower-alpha 7][16] Cuối cùng đĩa nhạc vươn lên vị trí thứ 8 vào ngày 9 tháng 11 sau 20 tuần trụ vững trên bảng xếp hạng.[17] Ngày 16 tháng 11, ca khúc ra mắt trên Hot Rock Songs ở vị trí 39 và giành hạng 31 trong tuần kế tiếp.[18] Tháng 3 năm 2014, iTunes Store đã cho phép tải miễn phí bài hát "City of Angels" trong một thời gian giới hạn ở thị trường Bắc Mỹ.[19] Ban nhạc còn phát hành một phiên bản acoustic của bài hát cho album nhạc phim Dallas Buyers Club (2013), bộ phim do chính Jared Leto tham gia diễn xuất. Một phần số tiền từ doanh thu bán hàng đã được trao tặng cho Quỹ toàn cầu của tổ chức từ thiện cứu trợ đại dịch AIDS mang tên Product Red.[20]

"City of Angel" đã có tác động lớn đến radio đại chúng ở châu Âu vào tháng 10 năm 2013 sau khi phát hành "Do or Die".[21] Ở Phần Lan, ca khúc xếp thứ 83 trên bảng xếp hạng của quốc gia này ngày 24 tháng 11. Một tuần sau, bài hát đã nhảy vọt lên vị trí số 69 và giành hạng 32 vào ngày 22 tháng 11.[22] Cũng trong tháng đó ca khúc còn xếp số 92 ở Đức và giành vị trí cao nhất–hạng 31 ở Ý.[23][24] "City of Angel" còn đạt vị trí số 69 trên bảng xếp hạng Ultratip tại vùng Flemish của Bỉ ngày 14 tháng 11.[25] Ngày 27 tháng 1 năm 2014 đĩa nhạc đứng hạng 74 tại Croatia,[26] trong khi ra mắt tại bảng xếp hạng quốc gia Cộng hòa Séc ở vị trí 91 vào tuần cuối ngày 23 tháng 3 và tăng lên xếp thứ 87 ngày 18 tháng 5.[27] Tại Ba Lan, LP3 xếp "City of Angel" ở vị trí số 38 và vươn lên số 28 vào ngày 21 tháng 4; sau đó giành chứng nhận Vàng và tiêu thụ hơn 10.000 bản.[28] Tại Bồ Đào Nha, "City of Angel" giành thứ hạng cao nhất–vị trí số 17 vào tháng 6 năm 2014, bài hát tiếp tục được Hiệp hội Công nghiệp ghi âm nước này (AFP) trao chứng nhận Vàng với hơn 10.000 bản đã bán ra trên khắp nước này.[29] Một phiên bản phối khí lại ca khúc của nhà sản xuất nhạc người Đức Markus Schulz từng được bày bán dưới dạng nhạc số vào tháng 6 năm 2014.[30]

Polydor Records phát hành "City of Angels" tại Anh Quốc vào ngày 2 tháng 12 năm 2013.[31] Dù ca khúc từng lọt vào bảng xếp hạng UK Rock Chart khi Love, Lust, Faith and Dreams mới chỉ phát hành được một tuần; nhưng sau đó bài hát đã tái xuất ở bảng xếp hạng này sau khi ban nhạc phát hành đĩa đơn riêng và giành vị trí cao nhất–hạng 21.[32][33] Vào 7 tháng 4 năm 2014, đĩa nhạc cũng mới góp mặt tại bảng xếp hạng ARIA Charts với vị trí 93.[34] Một phiên bản piano của ca khúc được phát hành dưới dạng kĩ thuật số vào tháng 7 năm 2014.[35]