El clima de Collserola es de tipus mediterrani, amb hiverns suaus i estius no excessivament calorosos. L'oscil·lació tèrmica durant l'any és moderada, amb una temperatura mitja anyal de 14,4º C. Les temperatures fluctuen entre els 7,1º C del mes de gener i els 22,8º C del mes de juliol. Ocasionalment neve en el Tibidabo (516,2 m), el punt més alt de Collserola, però rara vegada ho fa en tota l'extensió del Parc. En quant a precipitacions, Collserola recull anyalment una mitja de 619 mm, destacant els 83,1 mm de la tardor, els 60,4 mm de primavera i els 10,6 mm de l'estiu.

L'existència de zones humides en la seva part oriental i de zones més seques en la seva part occidental, unit a l'orografia del terreny i els diferents tipus de vegetació que coexisteixen en el Parc, afavoreixen l'existència de diversos microclimes i especies animals.

Dins de les 6.500 hectàrees de territori forestal del Parc podem trobar mil varietats de plantes i més de cent espècies animals. La vegetació de Collserola, típicament mediterrània , està formada per boscos de pins, alzines i roures, zones amb arbustos i matolls, i camp de conreu. En el Parc es poden observar fàcilment porc senglars, guineus, conills, salamandres i moltes espècies d'aus.