La climatología de la Ribera del Duero se caracteriza por una pluviometría moderada-baja (450 mm de lluvia al año) que, unida a sus veranos secos (40 ºC) e inviernos largos y rigurosos (-18 ºC), y con acusadas oscilaciones térmicas a lo largo de las estaciones, la enmarcan dentro de un clima continental, con más de 2.400 horas de sol. La Tª media anual es de 11º. Oscila entre los 20'3º de julio y los 3'1º de enero, y las precipitaciones van desde los 441 mm. de noviembre y los 155 mm. de agosto.

La primavera es un momento crítico, ya que las heladas hacen peligrar la producción. En verano acecha la sequía de agosto, y en otoño las lluvias pueden perjudicar una prometedora vendimia. En esta zona, el cielo no da descanso. Las condiciones climatológicas que caracterizan el cultivo de la vid en la Ribera del Duero, tienen gran influencia a lo largo del ciclo vegetativo de las viñas, desempeñando un papel fundamental en el desarrollo de la planta y la maduración de la uva. De esas especiales condiciones depende, en gran medida, la calidad de los caldos obtenidos. Es importante la variación térmica que se experimenta de la noche al día, ya que hace que la uva madure más lentamente, lo que da lugar a excelentes índices de acidez. A pesar de que el nombre de la Denominación de Origen incluye la palabra "ribera", en realidad los viñedos se extienden por el valle hacia Burgos, por el norte, y hacia Segovia, por el sur, zonas menos influidas por la humedad del río.