As cidades estão na linha de frente da crise climática, exigindo abordagens inovadoras para promover transformações sustentáveis. Os Laboratórios Urbanos oferecem um caminho promissor para engajar partes interessadas diversas e impulsionar mudanças transformadoras, mas o papel das mudanças de mentalidade das pessoas envolvidas nesses processos permanece pouco explorado. Este artigo apresenta um estudo longitudinal de cinco Laboratórios Urbanos na Argentina, Brasil e México, examinando como o engajamento nesses espaços participativos pode influenciar crenças, percepções e atitudes relacionadas ao clima. Com base em uma estrutura analítica multicamadas que combina dados quantitativos de pesquisas e entrevistas qualitativas, monitoramos a evolução das mentalidades de três arquétipos de partes interessadas (personas) — Ativistas Céticos, Tecnocratas Otimistas e Espectadores com Sentimentos Mistos — ao longo de três fases de transformação: construção de alianças, elaboração da visão compartilhada e codesign, e experimentação. Os resultados revelam que as atividades de construção de alianças e codesign foram particularmente eficazes em promover mudanças de mentalidade positivas entre Ativistas Céticos e Espectadores, enquanto a etapa de experimentação repercutiu mais entre os Tecnocratas Otimistas. No entanto, também destacamos os desafios de sustentar essas mudanças em cenários dinâmicos do mundo real. Esta pesquisa oferece lições valiosas para pesquisadores e profissionais envolvidos na criação de processos inclusivos que promovam responsabilidade coletiva e resiliência no enfrentamento dos desafios climáticos e de desenvolvimento.