Sendai có khí hậu ôn hoà. Nhiệt độ trung bình 12,1 °C và lượng mưa trung bình 1241,8 mm/năm. Nhiệt độ cao nhất được ghi nhận là 36,8 °C, và thấp nhất là −11,7 °C. Một năm trung bình có khoảng 16,8 ngày thành phố có nhiệt độ cao trên 30 °C và chỉ 2,2 ngày mà nhiệt độ dưới 0 °C, một sự cách biệt nhỏ so với phần lớn các thành phố khác trên đất Nhật. Thành phố hiếm khi gặp bão, và trung bình mỗi năm chỉ có 6 ngày có tuyết dày hơn 10 cm. Mùa mưa ở Sendai thường bắt đầu vào cuối tháng 6 đến đầu tháng 7, trễ hơn so với các nơi khác ở Nhật.Ngày 11/3/2011 Thành phố Sendai bị phá huỷ do trận địa chấn 9,8 độ Ricter trên vùng đứt gãy Thái Bình Dương cách đó 150 km về phía Đông Bắc. Trận động đất kinh hoàng này đã tạo ra đợ sóng thần cao đến 10m ập vào thành phố làn hàng vạn người thiệt mạng.