El clima en Motilleja se caracteriza por ser de tipo mediterráneo continentalizado, con marcadas diferencias entre estaciones. Los inviernos suelen ser fríos, con temperaturas que descienden significativamente, mientras que los veranos alcanzan temperaturas elevadas, especialmente en julio, siendo esta la época más calurosa del año. La influencia de la continentalidad se refleja en la amplitud térmica notable y en la sequedad del verano, que suele ser la estación más seca del año.
Las precipitaciones se concentran principalmente en primavera, siendo abril el mes más lluvioso, aunque en general, las lluvias son escasas y dispersas a lo largo del año. La estación más lluviosa, en términos relativos, favorece un tiempo más agradable para actividades al aire libre, especialmente en primavera, cuando las temperaturas son moderadas y la vegetación se muestra más verde. La meteorología de Motilleja refleja así un clima con contrastes pronunciados, condicionado por su situación en el interior de Castilla-La Mancha.
Normales climáticas WorldClim 2.1 para el periodo 1970–2025.