Initiativet kom från en gräsrotsorganisation och saknade stöd från de stora partierna, även från den rödgröna koalition som styrde den tyska huvudstaden fram till lantdagsvalet i februari.
För att gå igenom krävdes att förslaget dels fick en majoritet av rösterna, dels att minst en fjärdedel av de röstberättigade stödde förslaget.
Ja-sidan fick 51 procent av rösterna men missade målet om en fjärdedel av de röstberättigade, skriver tidningen Tagesspiegel.
Målet: Klimatneutralt 2045
Därmed kvarstår det tidigare målet om att göra Berlin klimatneutralt till 2045. Det är också Tysklands nationella mål.
Flera klimatforskare har bedömt att det är orealistiskt att göra staden klimatneutral redan till 2030, rapporterar SR Ekot.
Den socialdemokratiska borgmästaren Franziska Giffey säger i en kommentar att staden ska arbeta för att bli klimatneutral så snart som möjligt. 2030 ska koldioxiduytsläppen ha minskat med 70 procent från 1990 års nivåer.