Tokyo mang tính chất khí hậu cận nhiệt đới ẩm, khí hậu ôn đới gió mùa [23] với 4 mùa rõ rệt: xuân, hạ, thu, đông. Mùa hè nóng ẩm và mùa đông khá rét với những đợt rét mạnh từ áp cao Xibia. Khu vực này, giống như phần lớn Nhật Bản, trải qua độ trễ theo mùa trong một tháng, với tháng ấm nhất là tháng 8, trung bình 26,4 °C (79,5 °F) và tháng mát nhất là tháng 1, trung bình 5,2 °C (41,4 °F). Nhiệt độ thấp kỷ lục là −9,2 °C (15,4 °F) vào ngày 13 tháng 1 năm 1876, trong khi mức cao kỷ lục là 39,5 °C (103,1 °F) vào ngày 20 tháng 7 năm 2004. Kỷ lục nhiệt độ thấp cao nhất là 30,3 °C (86,5 °F) vào ngày 12 tháng 8 năm 2013, khiến Tokyo trở thành một trong bảy địa điểm quan sát tại Nhật Bản có nhiệt độ thấp trên 30 °C (86,0 °F). Lượng mưa hàng năm trung bình gần 1.530 mm (60,2 in), với mùa hè ẩm ướt hơn và mùa đông khô hơn. Lượng tuyết tuy rơi lẻ tẻ nhưng vẫn thường xuyên diễn ra hàng năm.[24] Tháng ẩm nhất kể từ khi các hồ sơ bắt đầu vào năm 1876 là tháng 10 năm 2004, với 780 milimét (30 in) mưa, bao gồm 270,5 mm (10,65 in) vào ngày 9 của tháng đó; trong bốn tháng cuối cùng được ghi nhận quan sát không có mưa là tháng 12 năm 1995. Lượng mưa hàng năm đã dao động từ 879,5 mm (34,63 in) năm 1984 đến 2,229,6 mm (87,78 in) vào năm 1938. Tokyo là một ví dụ điển hình cho loại khí hậu cận nhiệt, đô thị đảo, dân số đông góp một phần quan trọng đến khí hậu thành phố.[25] Tokyo được xem là "một ví dụ thuyết phục cho mối quan hệ giữa sự tăng trưởng đô thị và khí hậu". Tokyo cũng thường có bão hàng năm, nhưng phần lớn là bão yếu.[26][27]Khí hậu ngoài khơi của Tokyo thay đổi đáng kể so với thành phố. Khí hậu của Chichi-jima ở làng Ogasawara nằm trên ranh giới giữa khí hậu nhiệt đới savanna (phân loại Köppen Aw) và khí hậu cận nhiệt đới ẩm (phân loại Köppen Cfa). Nó nằm cách khu vực đại đô thị Tokyo khoảng 1.000 km về phía nam dẫn đến các điều kiện khí hậu khác nhau.

Lãnh thổ cực đông của Tokyo, đảo Minamitorishima ở làng Ogasawara, nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới savanna (phân loại Köppen Aw). Các đảo Izu và Ogasawara của Tokyo bị ảnh hưởng bởi trung bình 5,4 cơn bão mỗi năm, so với 3,1 ở lục địa Kantō.