El clima de la Cuenca Hidrográfica del Guadiana es de tipo mediterráneo-continental. Su característica principal es la existencia de una estación seca bien definida y oscilaciones térmicas muy marcadas. La precipitación media anual se encuentra en torno a los 550 mm.
La extensión geográfica de la DHGn, su situación latitudinal y su topografía media (escasamente accidentada), definen un macrogradiente en sentido Este-Suroeste (desde el nacimiento del Guadiana hasta su desembocadura) en las variables climáticas, que únicamente se va alterado en la periferia de sus límites territoriales donde la topografía define mesoclimas regionales que alteran la tónica general descrita.
Las precipitaciones, como es lógico suponer, no se distribuyen homogéneamente sobre la cuenca. Analizando el valor medio anual de las mismas, se observa que este varía desde los 350 mm de la parte central de la Llanura manchega y Campo de Calatrava, en estrecha relación con la escasa altitud del borde oriental de la cuenca, hasta los más de 1.000 mm de la comarca de Villuercas en Cáceres y la cabecera del río Múrtigas, en la parte Norte de la provincia de Huelva.
La variación, sin embargo, no se realiza de una forma progresiva y en sentido Este-Oeste, como parece en principio más lógico, dada la marcada influencia atlántica que padece la cuenca, sino que se extiende una gran banda, que llega desde cabecera de la cuenca hasta el mismo Badajoz, extendiéndose por el Sur hasta alcanzar la divisoria de la cuenca del Guadiana, con valores de precipitación entre 400 y 600 mm/año. La humedad absoluta media se sitúa en el rango de los 8 a 10 g/m3.
Los vientos dominantes varían escasamente, presentando una clara dominancia los de componente Oeste (en la zona alta y media del curso del Guadiana) que se tornan del Suroeste según nos vamos acercando a las zonas costeras de Huelva. El examen de los datos sobre el recorrido medio diario del viento, alcanza valores medios comprendidos entre 15 km/h (zona alta del curso del Guadiana) y 10 km/h (en el resto de la cuenca), siendo los menores de la España peninsular, lo que indica la poca intensidad de los mismos en toda la Demarcación.
La evaporación total anual (calculada según la fórmula de Thornthwaite) se sitúa entre los 800 y 1.000 mm al año. Este dato puesto en relación con la precipitación total anual (lh=PTA/ETA) nos proporciona un índice de humedad medio cercano a 0,7, que según la clasificación de Thorntheaite, determina un régimen de humedad de tipo semiárido-subhúmedo, para el total de la cuenca.
En consecuencia, la climatología de la cuenca se caracteriza por las pocas precipitaciones y las altas temperaturas estivales que conllevan a severos estiajes.