El clima en Villalonso se enmarca dentro de un patrón mediterráneo continentalizado, caracterizado por marcadas diferencias entre estaciones. Los inviernos suelen ser fríos, con temperaturas que bajan notablemente, mientras que los veranos, especialmente en agosto, se presentan como los meses más secos y cálidos del año. La influencia de la continentalidad se refleja en la amplitud térmica, que es notable entre el invierno y el verano.
Las precipitaciones se concentran principalmente durante el invierno, siendo diciembre el mes más lluvioso, mientras que en verano, en particular en agosto, el tiempo en Villalonso se vuelve mucho más seco. La estación más lluviosa, con mayor frecuencia de lluvias, coincide con el invierno, aportando cierta humedad que contrasta con los largos periodos de tiempo estable en verano. La época más agradable para actividades al aire libre suele ser la primavera y principios del otoño, cuando las temperaturas son moderadas y el clima resulta más benigno para disfrutar del entorno rural de la zona.
Normales climáticas WorldClim 2.1 para el periodo 1970–2025.