El clima en Villavieja de Yeltes se caracteriza por ser mediterráneo continentalizado, con marcadas diferencias entre estaciones. Los inviernos son fríos y húmedos, siendo la época más lluviosa del año, mientras que los veranos presentan temperaturas elevadas y una menor precipitación, constituyendo la estación más seca. La influencia de la ubicación interior y la altitud contribuyen a estos contrastes climáticos, acentuando las variaciones térmicas entre verano e invierno.
Durante los meses más cálidos, en pleno verano, el tiempo en Villavieja de Yeltes suele ser estable, con días soleados y temperaturas agradables para actividades al aire libre, aunque en julio se experimentan las temperaturas máximas. La primavera y el otoño ofrecen condiciones intermedias, siendo épocas ideales para disfrutar del entorno rural, mientras que el invierno, con su mayor precipitación, requiere precaución ante las condiciones meteorológicas adversas. La meteorología de Villavieja de Yeltes refleja un equilibrio entre estas estaciones, condicionado por su ubicación en Castilla y León.
Normales climáticas WorldClim 2.1 para el periodo 1970–2025.