Sotschi liegt in der subtropischen Klimazone, die sich ungefähr zwischen dem 25. und dem 40. Breitengrad befindet. Die subtropische Klimazone zeichnet sich durch lange und heiße Sommer sowie durch kurze und milde Winter aus. Somit ist Sotschi der erste Ort in der subtropischen Klimazone, an dem Olympische Winterspiele stattfinden. Da Sotschi sowohl am Schwarzen Meer als auch in unmittelbarer Nähe zu den Ausläufern des Kaukasus liegt, fällt in der Stadt relativ viel Niederschlag.
Über das gesamte Jahr betrachtet liegt die Durchschnittstemperatur in Sotschi bei rund 14 Grad Celsius. Im Jahr fallen durchschnittlich 1.600 Millimeter Niederschlag, statistisch gesehen fällt an 112,5 Tagen im Jahr Regen oder Schnee.
Die beiden kältesten Monate des Jahres in Sotschi sind der Januar und der Februar. Im Januar liegen die Temperaturen üblicherweise zwischen 3,1 und 9,3 Grad Celsius, im Februar mit 3,2 bis 9,8 Grad Celsius nur unmerklich darüber. Außerdem ist der Januar nach dem Dezember der Monat mit der größten Niederschlagsmenge (183 Millimeter) sowie mit den meisten Regentagen (12,9). Im Februar fallen im Schnitt 120 Millimeter Niederschlag an 10,1 Tagen des Monats. Da die Olympischen Winterspiele 2014 im Februar stattfinden, sind diese Werte vor allem für die sportlichen Wettkämpfe interessant.
Im März liegen die Durchschnittstemperaturen zwischen 5 und 12,1 Grad Celsius, im April bereits zwischen 9,1 und 16,8. In den Monaten von Mai bis Oktober liegt die durchschnittliche Höchsttemperatur stets bei 20 Grad Celsius oder mehr. Zudem ist der Mai der Monat, an dem im ganzen Jahr der wenigste Niederschlag gemessen wird; der Wert liegt bei durchschnittlich 89 Millimetern.
Die beiden wärmsten Monate des Jahres in Sotschi sind der Juli und der August. Im Juli liegt die Temperatur durchschnittlich zwischen 19,4 und 27 Grad Celsius, im August zwischen 19,3 und 27,1. In beiden Monaten gibt es zudem mit 6,1 (Juli) und 5,9 (August) die wenigsten Regentage des Jahres. Im Vergleich zum Mai steigt die Menge des Niederschlags allerdings wieder an. Demzufolge ist es nicht unüblich, dass im Sommer an wenigen Tagen sehr viel Niederschlag fällt.
Nach einem milden Oktober mit Temperaturen zwischen 12 und 20 Grad Celsius, fällt die Temperatur im November auf Werte zwischen 7,9 und 15,1 Grad Celsius sowie auf 5,1 bis 11,4 Grad Celsius im Dezember. Mit 202 Millimetern ist der Dezember der Monat mit den größten Niederschlagsmengen, außerdem regnet es an durchschnittlich 14,4 Tagen und somit an so vielen Tagen wie in keinem anderen Monat des Jahres.
Ein Teil der Wettbewerbe der Olympischen Winterspiele werden um das höher gelegene Krasnaja Poljana herum stattfinden. Hier liegen die Durchschnittstemperaturen etwa 5 bis 6 Grad Celsius unter denen von Sotschi. Somit befindet sich die Temperatur im Februar um den Gefrierpunkt herum. Ski fahren kann man im Berggebiet in der Nähe von Sotschi von November bis Anfang Juni. Beste Bedingungen im Hinblick auf die Schneedecke herrschen zwischen Januar und März.