In Arizona herrscht ein trockenes Wüsten- und Halbwüstenklima, im Norden eher Steppenklima. Das führt dazu, dass es je nach Höhenlage relativ milde Winter und heiße Sommer gibt. Wegen der Nähe zu den Rocky Mountains gibt es meist große Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht. Die durchschnittlichen Niederschlagsmengen liegen etwa zwischen 100 und 500 mm pro Jahr, wobei der meiste Regen in der Zeit von Juli bis November fällt. Darüber hinaus gehört die Stadt Yuma mit rund 4.000 Sonnenstunden jährlich zu den sonnigsten Orten der Welt. Andererseits ist die auf rund 2.135 Metern gelegene Stadt Flagstaff im Norden des Staates einer der wichtigsten Wintersportorte der Vereinigten Staaten.
Ort; Tages-/Nachttemperatur im Januar; Tages-/Nachttemperatur im Juli
Flagstaff 6 / −9 °C ; 28 / 10 °C
Phoenix 19 / 5 °C ; 41 / 27 °C
Tucson 18 / 4 °C ; 38 / 23 °C
Yuma 20 / 7 °C ; 42 / 27 °C
Wegen der Trockenheit wachsen in Arizona sehr viele Kakteen, Palmlilien und Mesquite-Bäume. Zu den größten Wildtierarten in Arizona gehören Weißwedel- und Maultierhirsche sowie Wapiti, Gabelböcke und Dickhornschafe. In abgelegenen Gebieten leben noch vereinzelt Bären. In den Bergregionen leben Raubtiere wie Pumas, Dachse und andere marderartige Tiere. In der Sonorawüste gibt es sehr viele Arten von Echsen, Spinnen und Schlangen. Die ringelschwänzige Schleichkatze (Bassariscus astutus) ist ein Motivtier Arizonas.