Klimat Melilla leży w strefie klimatu podzwrotnikowego, śródziemnomorskiego. Cechą charakterystyczną jest występowanie opadów zimowych i brak opadów latem. Obszar miasta dostaje się zimą pod wpływ chłodnych mas powietrza zalegających nad Europą. Wiosną i latem panują zwrotnikowe, suche masy powietrza, pochodzenia saharyjskiego. Temperatury wynoszą od 13–14 °C w styczniu do 24–25 °C latem (lipiec-sierpień). Latem w ciągu dnia panują upały, jednak temperatury na ogół nie osiągają 35 °C ze względu na łagodzący wpływ Morza Śródziemnego.
Opady w ciągu roku wynoszą około 700 mm i skupiają się w półroczu zimowym i występują wyłącznie w postaci deszczu. W okresie letnim opady są bardzo niskie, występuje co najmniej jeden miesiąc bez opadów. thumb|306px|Widok od strony Morza
Wody Przez Melillę przepływają niewielkie rzeki, wysychające w okresie letnich susz.
Flora i fauna Prawie cały obszar Melilli to tereny miejskie, a co za tym idzie szata roślinna ogranicza się tylko do zieleni miejskiej. Głównymi drzewami są palmy i inne gatunki roślin drzewiastych klimatu śródziemnomorskiego.