Il clima di Caracas è di tipo subtropicale montagnoso, con precipitazioni che variano dai 900 ai 1300 mm annuali, in città, fino ai 2000 mm in alcune parti della Cordigliera; la temperatura media annuale è di circa 21ºC; la media del mese più freddo (gennaio) è di 19,0° C e la media del mese più caldo (maggio) è di 22,8° C: da ciò risulta una escursione termica annuale scarsa, di solo 3,8ºC. L'escursione termica giornaliera è invece molto maggiore, (più di 10ºC), con temperature massime, di giorno, quasi sempre superiori ai 30ºC e che poche volte scendono sotto ai 25ºC. Nei mesi di dicembre e gennaio appaiono abbondanti nebbie, oltre a un repentino calo delle temperature notturne, che arrivano a scendere fino a i 13ºC. Inoltre, le temperature notturne, in qualsiasi epoca dell'anno, non superano i 20ºC, cosa che rende le notti di Caracas particolarmente piacevoli. A Caracas possono presentarsi, anche se in occasioni sporadiche, tormente di grandine, mentre che le tormente elettriche sono molto frequenti, specialmente tra giugno e ottobre, per la sua condizione di valle chiusa e per l'azione orografica dell'Ávila.

 

Caracas si trova interamente all'interno di una valle del sistema della Cordigliera della costa venezuelana, separata dal litorale centrale dai circa 15 km del Parque nacional El Ávila, un congiunto di montagne che è molto apprezzato dagli abitanti di Caracas per la loro bellezza, ricchezza di flora e fauna.

La valle è relativamente piccola e abbastanza irregolare, l'altitudine rispetto al livello del mare varia da un punto all'altro della città, tra gli 870 e i 1.043 metri, con 900 m nel centro storico. Questo, insieme alla rapida crescita demografica, ha influito fortemente sullo sviluppo urbano della città (si veda la sezione "urbanistica"). Il punto più alto del Distrito Capital, dove si trova ubicata la città, è il Pico del Ávila, con 2159 metri sul livello del mare.

La città è attraversata dal fiume Guaire, che è alimentato dagli affluenti El Valle e San Pedro. Oltre a numerosi ruscelli che scendono dall'Avila, si trova anche il Bacino la Mariposa, ai confini sud della città, che rifornisce d'acqua a alcune zone di Caracas, sebbene la maggior parte delle risorse idriche siano prelevate dal fiume Guárico, nel bacino di Camatagua, che si trova nella località omonima situata nello stato Distiguo Federal.