Catamarca ha un clima prevalentemente arido e caldo, tipico della regione semi-arida dell'Argentina nord-occidentale. La provincia è caratterizzata da: elevate temperature estive, con massime che possono superare i 40 °C in alcune zone; inverni freschi e secchi, con minime che scendono sotto i 5 °C nelle zone montuose; scarse precipitazioni, concentrate principalmente nei mesi estivi (da dicembre a marzo). Gran parte del territorio è montuoso, il che genera microclimi: ad esempio, la Valle Centrale ha un clima semi-arido o sub-umido, con precipitazioni leggermente più frequenti.