El clima en Villanueva del Rebollar se caracteriza por ser mediterráneo continentalizado, con marcadas diferencias entre las estaciones. Los inviernos son fríos, con temperaturas que alcanzan su punto más bajo en enero, mientras que los veranos, especialmente en julio, experimentan temperaturas elevadas. La influencia de la ubicación interior de la provincia de Palencia acentúa estos contrastes térmicos, siendo las estaciones más cálidas y secas el verano, particularmente en agosto, y las más lluviosas la primavera, con mayo como su mes más húmedo.
La distribución de las precipitaciones refleja un patrón típico de la meseta, concentrándose en la primavera y siendo escasas en verano. La meteorología en Villanueva del Rebollar favorece las actividades al aire libre durante los meses de primavera y principios del verano, cuando el tiempo suele ser más agradable. La sequedad estival y las temperaturas extremas en invierno marcan el carácter de su clima, que combina el carácter continental con influencias mediterráneas en la distribución anual de las lluvias y las temperaturas.
Normales climáticas WorldClim 2.1 para el periodo 1970–2025.