Il clima di Cinisello Balsamo è di tipo continentale, con inverni generalmente freddi ed estati calde e umide, decisamente afose e poco ventilate. Durante l'estate sono però possibili giornate tiepide e temporalesche (condizioni normalmente legate a peggioramenti da ovest) che attenuano temporaneamente la calura.

Dal punto di vista legislativo il comune di Cinisello Balsamo ricade nella Classificazione climatica E in quanto i Gradi giorno della città sono 2404, dunque il limite massimo consentito per l'accensione dei riscaldamenti è di 14 ore giornaliere dal 15 ottobre al 15 aprile.

Le origini di Cinixellum e di Balsemum risalgono a oltre 2.000 anni fa, al tempo in cui le legioni romane conquistarono la Gallia Transpadana. Le mappe antiche mostrano infatti le tracce della centuriazione romana: il cardo e il decumano massimo, i due assi principali della centuriazione, si incrociavano dove oggi sorge la chiesetta di Sant'Eusebio. Per tredici secoli questo rimase il centro della vita civile, sociale e religiosa della comunità di Cinixellum. Il villaggio di Balsemum si sviluppava invece circa tre miglia più a sud-est di questo. A Sant'Eusebio sono state rinvenute lapidi pagane del IV secolo e nella chiesetta sono tuttora conservate testimonianze del V secolo. In epoca longobarda, dopo la morte della regina Teodolinda, probabilmente verso la metà del VII secolo, i contadini vi costruirono la chiesetta dedicata a sant'Eusebio, usando materiali poveri secondo la disponibilità del luogo: ciottoli, fango e lastre di pietra di epoca romana.

Cinixellum e Balsemum appartenevano alla pieve di Desio, da dove giungevano i sacerdoti per celebrare la Messa e amministrare i Sacramenti. A partire dalla seconda metà del XII secolo tuttavia i contadini di Cinixellum si iniziarono a stabilire all'incirca un miglio più a sud della Chiesetta di Sant'Eusebio, costruendo le proprie case attorno a una vasta area che sarebbe poi divenuta la piazza principale.

Alla fine del XV secolo il nuovo insediamento rurale di Cinisello si dotò di una parrocchiale, la futura chiesa di Sant'Ambrogio, realizzata rialzata su un terrapieno per ripararla dalle acque stagnanti. Dal 1630 al 1632 la peste flagella il Ducato di Milano: a Cinixellum su una popolazione di 650 abitanti ne periscono 73. Al termine della pestilenza, il parroco don Francesco Solari e la comunità, in segno di ringraziamento, decisero di costruire una nuova chiesa, più grande, in forme barocche, al posto della precedente. Dalle risposte ai 45 quesiti della real giunta del censimento del 1751 emerge che il comune di Cinisello contava circa 1.300 abitanti; al successivo censimento (Statistica anime Lombardia) del 1771 raggiungeva invece quota 1.624 abitanti. Dalle risposte ai 45 quesiti della real giunta del censimento del 1751 risulta che Cinisello fosse amministrata da un console, un sindaco e due consiglieri rappresentanti del popolo, scelti dal console e dal sindaco. Questi due rappresentanti avevano il compito di sovrintendere al buon regolamento di tutti li affari della comunità e godevano della facoltà di controllo, riconoscimento, sottoscrizione e vidimazione dei riparti delle pubbliche gravezze. Non vi era un cancelliere, e in occasione della compilazione dei riparti veniva assunto un ragionatto da Milano, incaricato dei conti. La riscossione delle imposte in questo modo stabilite veniva affidata ad un esattore nominato ogni tre anni. Dal punto di vista della giurisdizione faceva capo al podestà di Desio, al quale si doveva versare un apposito corrispettivo per i servizi offerti. Nel 1786, in concomitanza col nuovo compartimento territoriale della Lombardia austriaca Cinisello e Balsamo, vennero incluse nella provincia di Milano, pur rimanendo ancora nella pieve di Desio.

Nel 1805, in età napoleonica, secondo il nuovo censimento indetto Cinisello veniva considerato comune di III classe, contando 1.688 persone. Il 4 novembre 1809, Cinisello e Balsamo, iscritti entrambi nel Dipartimento d'Olona con capoluogo Milano, dopo essere passati dal Distretto di Desio al Distretto di Monza, vennero uniti insieme in un unico comune chiamato Cinisello, con unita frazione di Balsamo. Al momento dell'aggregazione fra Cinisello e Balsamo, il nuovo comune dato dalla somma dei precedenti raggiungeva le 2.887 unità. Tuttavia subito alla caduta di Napoleone i balsamesi rivendicarono la propria autonomia municipale, che venne immediatamente accolta dal nuovo governo asburgico. Secondo la notificazione del 23 giugno 1853 Cinisello contava 2.609 abitanti; in concomitanza con l'unione temporanea delle province lombarde al Regno di Sardegna, nel 1859, 2.668. A partire dal censimento successivo, operato all'indomani dell'Unità d'Italia, nel 1861, i dati sulla popolazione vengono monitorati costantemente con cadenza decennale.

Balsamo si dotò di un municipio nel 1893, grazie alle donazioni di Benedetto Confalonieri, un ricco proprietario balsamese; fino ad allora erano stati infatti utilizzati per le funzioni amministrative alcuni locali privati messi a disposizione di volta in volta da assessori o sindaci. A Cinisello un municipio venne eretto invece solo nel 1911, in sostituzione delle precedenti sedi nei locali di Villa Arconati Visconti Arese prima e di Villa Ghirlanda Silva dopo. A volerlo fu il defunto sindaco Natale Confalonieri, che ne fece dono alla cittadinanza: in sua memoria gli sarebbe stata dedicata la piazza antistante. Interessante il raffronto nei vari censimenti operati dal 1861 al 1921 fra la popolazione di Cinisello e quella di Balsamo, considerate unitamente solo a partire dal censimento del 1931, primo dopo l'unificazione. La differenza di popolazione, inizialmente dell'ordine di qualche centinaio di abitante, a seguito della crescita demografica dei due comuni si fa nettamente maggiore per Cinisello, che subisce un maggiore sviluppo, malgrado comunque la crescita di Balsamo, favorita dalla vicinanza con Sesto e le sue industrie.

Il 5 ottobre 1924 il sindaco di Cinisello Emilio Baj Macario in occasione della IV edizione della Coppa Baracca, al Campo di Aviazione Clerici, rinviata all'indomani per maltempo conferì la cittadinanza onoraria a Benito Mussolini.

Cinisello e Balsamo, ancora borghi agricoli, vennero nuovamente accorpati in via definitiva il 13 settembre 1928, provvedimento formalmente preceduto dalla riunificazione delle due locali sezioni fasciste. L'unificazione venne accolta come un'imposizione dall'alto, e fu particolarmente mal tollerata dagli abitanti di Balsamo, discriminati in particolare nella sede municipale, che veniva trasferita a Cinisello. Il commissario prefettizio appena insediatosi, conte Ferdinando Lalli, si impegnò personalmente nella causa, rivolgendosi con un appello affisso nelle pubbliche piazze a tutti i cittadini, sostenendo che l'unificazione avrebbe consentito un netto miglioramento delle condizioni sociali ed economiche dei due centri. Il conte Ferdinando Lalli assolse pienamente ai suoi compiti, per quanto si sarebbe comunque dovuto aspettare diversi decenni prima che le rivalità fra Balsamo e Cinisello si fossero appianate del tutto. Al commissario prefettizio subentrò così Alberto Monti, già podestà di Balsamo (1926-1928); a ricordo simbolico dell'unione dei due comuni donò alla città una lapide commemorativa, posta nell'atrio del Palazzo Comunale di piazza Confalonieri. La lapide, alla caduta del fascismo, sarebbe stata distrutta dalla popolazione.

Il 4 novembre 1931 fu una data particolarmente significativa per il neonato Comune di Cinisello Balsamo: alla presenza del podestà Alberto Monti e del senatore Innocenzo Cappa, oratore ufficiale, venne inaugurato l'acquedotto cittadino, il campo sportivo (alle spalle dell'acquedotto, della Scuola Cadorna e del Municipio), oltre all'avvio dei lavori per la realizzazione della rete fognaria e della nuova strada comunale che avrebbe unito Cinisello e Balsamo, queste ultime inaugurate il 28 ottobre 1932, in occasione del decimo anniversario della Marcia su Roma.

Ancora negli anni trenta l'abitato cittadino dei due centri si concentra attorno ai nuclei storici di Cinisello (piazza Vittorio Emanuele e la chiesa di Sant'Ambrogio) e di Balsamo (il santuario di San Martino). Tuttavia già a partire da quegli anni Balsamo, più vicina a Sesto andava abbandonando il proprio carattere prettamente agricolo, ritrovandosi con una popolazione più spiccatamente operaia. La realizzazione di nuovi quartieri ad opera delle cooperative costruttrici non andò comunque ad alterare il tessuto cittadino, che si mantenne pressoché coerente ed omogeneo fino all'indomani della guerra. A partire infatti dall'inizio degli anni cinquanta si assistette a uno stravolgimento totale dell'identità e delle caratteristiche fisiche dei due borghi, dovuto alla fortissima immigrazione che interessò Milano e tutto il territorio che la circondava.

La vicinanza con le grandi industrie milanesi e le grandi fabbriche di Sesto, spingeva infatti sempre più persone che vi trovavano occupazione o vi cercavano lavoro a insediarsi a Cinisello Balsamo. Il tessuto cittadino, caratterizzato da architetture povere e di carattere rurale (con le tipiche vecchie case a corte), venne quasi interamente sostituito da nuove tipologie abitative. Nei piccoli appezzamenti terreni ricavati dalla lottizzazione del giardino e dei possedimenti annessi a Villa Casati Stampa si andarono a formare perlopiù piccole palazzine e villette, analogamente a quanto stava avvenendo ancora lontano dal centro abitato nel sobborgo di Borgo Misto. Lungo l'asse di via Libertà andò a formarsi una cortina abbastanza omogenea di nuovi edifici da 4-5 piani, mentre tutt'attorno le vecchie abitazioni cominciavano a cedere il passo alle nuove edificazioni. Successivamente il tessuto cittadino divenne sempre più disomogeneo, con una crescita abbastanza incontrollata dei nuovi insediamenti: localmente sorsero alti palazzoni assolutamente fuori scala e fuori contesto, in un tessuto ancora di tutt'altro tipo. Nuove edificazioni intensive si concentrarono lungo il viale Fulvio Testi, presso gli attuali quartieri di Crocetta e Villa Rachele; insediamenti popolari vennero realizzati ai margini settentrionali della città, presso Sant'Eusebio. All'edilizia libera e pubblica si affianca fortemente quella di cooperativa, che già nei decenni precedenti aveva partecipato attivamente allo sviluppo edilizio in città.

Nel 1971 la piazza Gramsci, la piazza centrale di Cinisello, perse la storica sistemazione che le aveva dato il soprannome de la Perla, per via del doppio ovale alberato da cui era caratterizzata. Al suo posto venne realizzata una nuova piazza, caratterizzata da strutture in cemento (fra cui l'anfiteatro centrale) e da giardini. Gli anni settanta furono poi contraddistinti da un'intensa attività di demolizione di gran parte del vecchio tessuto cittadino, venutosi a trovare ormai sconnesso e inadeguato all'interno della città (titolo di cui Cinisello Balsamo si fregiò nel 1972). Nel 1972 venne demolita Villa Pecchio Orsini Protti a Balsamo, nel 1973 si procedette alla demolizione delle due corti fatiscenti comprese fra la via Cadorna e via Martinelli, ritardate di alcuni mesi per via delle riprese del film Delitto d'amore, qui girato da Luigi Comencini. Degli stessi anni le demolizioni in via Mariani, ricordata un tempo per il fatto di poter essere percorsa interamente, da piazza Soncino a piazza Italia, passando per i solai dei vecchi edifici. A Cinisello proseguono le demolizioni cominciate negli anni sessanta, che sanciscono la definitiva scomparsa della Villa Lampugnani De Ponti.

Gli anni settanta furono tuttavia anche gli anni in cui l'amministrazione comunale, guidata dal sindaco Enea Cerquetti, intervenne nella vita sociale e amministrativa della città, con l'inaugurazione nel 1971 del nuovo palazzo comunale, in costruzione come ampliamento del precedente municipio già dal 1969, e nel 1973 del palazzetto dello sport Salvador Allende, inaugurato il 12 novembre 1973 con uno speciale concerto dell'orchestra del Teatro alla Scala di Milano. Nel 1974 dopo una lunga contrattazione con la famiglia Cipelletti - proprietaria dell'immobile dal 1926 - il Comune ebbe la meglio su Villa Ghirlanda Silva, trasformata in centro culturale civico, acquisita insieme al suo parco, che venne reso pubblico.

Negli anni ottanta Cinisello Balsamo continua a crescere, raggiungendo un picco massimo di oltre 80.000 abitanti nel 1981. La superficie comunale arriva a un punto di quasi totale saturazione. Le uniche due aree risparmiate sono le ex aree agricole a sud della città, costituitesi come Parco Nord negli anni settanta e le aree a nord, attualmente comprese nel Parco del Grugnotorto.

A partire dagli anni novanta comincia per la città una stagione di rinnovamento, caratterizzata in particolare dal rifacimento della nuova piazza Gramsci, dai progetti inerenti alla riqualificazione di Balsamo, col restauro della Villa Di Breme Gualdoni Forno e il rifacimento della piazza Soncino, e dall'arrivo della metrotramvia in città (2008).

Nel 1999 il Comune aveva infatti indetto un concorso per il rifacimento della piazza Gramsci, vinto poi da Dominique Perrault. La nuova piazza, quasi interamente pedonale, si caratterizza per un'area alberata, nella sua parte centrale sud-orientale e per la particolare tonalità abbagliante (bianca) dei materiali con cui è realizzata (porfido, cemento e marmo). Un rifacimento totale dell'arredo urbano accompagnato da una riconfigurazione totale degli spazi è avvenuta inoltre lungo il percorso della nuova metrotranvia, in particolare lungo la via Libertà e la via Frova, interamente ridisegnate e rese a traffico limitato.