El clima en Membrillera se caracteriza por ser mediterráneo continentalizado, con inviernos fríos y veranos calurosos. La diferencia térmica entre estaciones es notable, con enero como el mes más frío y julio el más caluroso, reflejando la influencia de su ubicación interior y altitud en la provincia de Guadalajara. La meteorología de Membrillera presenta un patrón en el que las precipitaciones se concentran principalmente en otoño, siendo octubre el mes más lluvioso, mientras que en verano el tiempo suele ser más seco y estable.
Las lluvias en esta zona suelen distribuirse de forma irregular, predominando las lluvias en la estación otoñal, lo que favorece un período más seco en verano. La época más agradable para actividades al aire libre suele ser la primavera, cuando las temperaturas aún no alcanzan su máximo y las precipitaciones son moderadas. La influencia del interior peninsular y la altitud contribuyen a un clima que requiere atención a las variaciones térmicas y pluviométricas en la planificación de actividades y movilidad en la zona.
Normales climáticas WorldClim 2.1 para el periodo 1970–2025.