El clima en Santa María del Arroyo se caracteriza por ser mediterráneo continentalizado, con inviernos fríos y veranos calurosos. La diferencia de temperaturas entre estaciones es notable, destacando el mes más frío en enero y el más cálido en julio. La meteorología de Santa María del Arroyo refleja un marcado contraste térmico, propio de su ubicación interior en Castilla y León, lejos de influencias marítimas directas.
Las lluvias se concentran principalmente en invierno, siendo diciembre el mes más lluvioso, mientras que el verano presenta su periodo más seco, especialmente en agosto. La distribución de las precipitaciones y las temperaturas hace que la primavera y el otoño sean las estaciones más agradables para actividades al aire libre, ofreciendo temperaturas moderadas y menor probabilidad de precipitaciones. En general, el tiempo en Santa María del Arroyo presenta un carácter seco en verano y húmedo en invierno, condicionado por su situación geográfica y la influencia del clima mediterráneo en un entorno continental.
Normales climáticas WorldClim 2.1 para el periodo 1970–2025.