Las ciudades se encuentran en la primera línea de la crisis climática, lo que requiere enfoques innovadores para fomentar transformaciones hacia la sostenibilidad. Los Laboratorios Urbanos representan una vía prometedora para involucrar a diversos actores y promover cambios transformadores, aunque el rol de los cambios de mentalidad entre los participantes continúa poco explorado. Este artículo presenta un estudio longitudinal de cinco Laboratorios Urbanos en Argentina, Brasil y México, examinando cómo la participación en estos espacios participativos puede influir en las creencias, percepciones y actitudes relacionadas con el clima. A partir de un marco analítico multinivel que combina datos de encuestas cuantitativos y entrevistas cualitativas, rastreamos la evolución de la mentalidad de tres arquetipos de actores (personas): activistas escépticos, tecnócratas optimistas y espectadores con sentimientos encontrados, en tres fases de transformación: creación de coaliciones, visión y codiseño, y experimentación. Los hallazgos revelan que las actividades de creación de coaliciones y codiseño fueron particularmente efectivas para fomentar cambios de mentalidad positivos entre los activistas escépticos y los espectadores, mientras que la experimentación resonó más con los tecnócratas optimistas. Sin embargo, también se destacan los desafíos de mantener estos cambios en entornos dinámicos del mundo real. Esta investigación proporciona lecciones valiosas para investigadores y profesionales que busquen diseñar procesos inclusivos que generen responsabilidad colectiva y resiliencia para abordar el clima y los desafíos de desarrollo relacionados.