ケッペンの気候区分ではダウンタウンや沿岸部は地中海性気候 (Csa)、内陸部は砂漠気候 (BWh) に属する。年間降水量は300mm程度と少ない。特に夏の降雨が少なく、統計年によっては7月、8月の降水量が0mmであったこともある。1年を通して温暖だが、冬は雨も多く朝晩は10℃前後まで下がる。夏の日中は40℃近くまで上がることもあるが、乾燥しているため夕方を過ぎると涼しくなり、夜は15℃近くまで下がって肌寒くなることもある。

ロサンゼルス市の気候
月1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月年
最高気温記録 °C （°F）35
(95)35
(95)37
(99)41
(106)39
(102)44
(111)42
(108)41
(106)43
(109)42
(108)38
(100)33
(91)44
(111)
平均最高気温 °C （°F）18.7
(65.7)18.8
(65.8)18.6
(65.5)19.7
(67.5)20.6
(69.1)22.2
(72.0)24.1
(75.4)24.8
(76.6)24.8
(76.6)23.6
(74.5)21.3
(70.3)18.8
(65.8)21.3
(70.4)
平均最低気温 °C （°F）8.8
(47.8)9.6
(49.3)10.3
(50.5)11.6
(52.9)13.5
(56.3)15.3
(59.5)17.1
(62.8)17.9
(64.2)17.3
(63.1)15.1
(59.2)11.6
(52.9)8.8
(47.8)13.1
(55.5)
最低気温記録 °C （°F）?4
(25)0
(32)0
(32)3
(37)0
(32)8
(46)10
(50)9
(48)8
(46)3
(37)1
(34)?1
(30)?4
(25)
降水量 mm （inch）86.5
(3.406)100.2
(3.945)67
(2.64)22.7
(0.894)7.5
(0.295)2.4
(0.094)0.6
(0.024)1.8
(0.071)7.5
(0.295)14.5
(0.571)26.2
(1.031)49.7
(1.957)386.6
(15.223)
出典：[9]

都市圏「ロサンゼルス大都市圏」も参照

ロサンゼルスを中心とする広域都市圏は、グレーター・ロサンゼルス・エリアあるいはグレーター・ロサンゼルス、またはサウスランド（英: Southland）などと呼ばれるが、単にロサンゼルスと呼ばれることもある。広域都市圏の範囲は、ロサンゼルス郡とオレンジ郡（ディズニーランドで有名なアナハイムがある。人口約306万人）を合わせた2郡のみとする場合と、さらに周辺のリバーサイド郡、サンバーナーディーノ郡、ベンチュラ郡を合わせた計5郡を指す場合とがある。2郡の面積は12,562km2で、人口は約1292万人であり、5郡の面積は87,941km2で、人口は約1763万人である。ロサンゼルス郡とオレンジ郡のロサンゼルス都市圏は、日本の京阪神大都市圏（面積11,169km2、人口1864万人（2000年国勢調査））と同程度で、映画産業を初めとして世界への情報発信力が強い。ちなみに、2010年の近郊を含む都市的地域の人口は1,477万人であり、世界第14位、北米ではニューヨークに次ぐ第2位である[10]。

衛星都市は30以上を有し、ロサンゼルス都市圏は北はパームデール、西はヴェンチューラ、東はサンバーナーディーノ、南はサンディエゴ都市圏との境界であるエスコンディードあたりに至る。有名な都市にアナハイム、リバーサイド、ロングビーチ、サンタアナなどがあり、これらはいずれも人口30万人を超える。なお、カリフォルニア州にはサンフランシスコも大都市圏（700万人）を形成しているが、サンフランシスコとは約500km離れているため（東京-大阪間程）、基本的に商圏における競合は起こりえない。
街並み ロサンゼルスダウンタウンのスカイライン（2018年） ゲティ・センターから見たロサンゼルスのパノラマ マルホランドドライブから見たロサンゼルスのパノラマ（左から右へ：サンタアナ山脈、ダウンタウン、ハリウッド（前景）、ウィルシャーブルバード、ロサンゼルス港（英語版）、パロスバーデス半島、サンタカタリナ島、ロサンゼルス国際空港）
人口
人口動態

人種構成2010[11]1990[12]1970[12]1940[12]
白人49.8%52.8%77.2%93.5%
?非ヒスパニック28.7%37.3%61.1%[13]86.3%
黒人9.6%14.0%17.9%4.2%
ヒスパニック（肌の色問わず）48.5%39.9%17.1%[13]7.1%[14]
アジアン11.3%9.8%3.6%2.2%

人口推移
年人口%±
18501,610?
18604,385172.4%
18705,72830.6%
188011,18395.2%
189050,395350.6%
1900102,479103.4%
1910319,198211.5%
1920576,67380.7%
19301,238,048114.7%
19401,504,27721.5%
19501,970,35831.0%
19602,479,01525.8%
19702,816,06113.6%
19802,966,8505.4%
19903,485,39817.5%
20003,694,8206.0%
20103,792,6212.6%
2012（推計）3,857,7991.7%
source:[15][16]

2000年現在の国勢調査で、この都市は人口3,694,820人、1,275,412世帯および798,407家族が暮らしている。人口密度は3,041.3/km2 (7,876.8/mi2) である。1,101.1/km2 (2,851.8/mi2) の平均的な密度に1,337,706軒の住宅が建っている。この都市の人種的な構成は白人46.93%、黒人11.24%、インディアン0.80%、アジア9.99%、太平洋諸島系0.16%、その他の人種25.70%および混血5.18%である。このうち白人の人口の46.53%はヒスパニックまたはラテン系であり、29.75%はヒスパニックまたはラテン系でない白人となっている。

この都市内の住民は26.6%が18歳未満の未成年、18歳以上24歳以下が11.1%、25歳以上44歳以下が34.1%、45歳以上64歳以下が18.6%および65歳以上が9.7%にわたっている。中央値年齢は32歳である。女性100人ごとに対して男性は99.4人である。18歳以上の女性100人ごとに対して男性は97.5人である。

この都市の世帯ごとの平均的な収入は36,687米ドルであり、家族ごとの平均的な収入は39,942米ドルである。男性は31,880米ドルに対して女性は30,197米ドルの平均的な収入がある。この都市の一人当たりの収入 (per capita income) は20,671米ドルである。人口の22.1%および家族の18.3%は貧困線以下である。全人口のうち18歳未満の30.3%および65歳以上の12.6%は貧困線以下の生活を送っている。

また、ホームレスの数は全米最大の規模であり、2007年10月11日に発表された調査によると、ロサンゼルス市内に40,000人以上、ロサンゼルス全域では73,000人のホームレスが居住している。そのうち10,000人が未成年、24,505人が精神疾患、8,453人が退役軍人、約7,200人が家庭内暴力の被害者である[17]。2019年現在もスキッド・ロウなどを中心に、36,000人のホームレスが路上にテントを張るなどして居住している[18]。