O município de Petrolina localiza-se no semi-árido do nordeste brasileiro. Seu clima é tropical semiárido seco e quente na parte norte e semiárido quente estépico na parte sul.
Caracteriza-se pela escassez e irregularidade pluviométrica, com chuvas e forte evaporação em consequência das altas temperaturas no verão. O total anual médio de precipitação pluvial é da ordem de 560mm. As chuvas ocorrem de Janeiro a Abril devido ao deslocamento da Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) em direção ao Hemisfério Sul, que influencia na convergência de umidade e da convecção local. Março e Agosto são os meses com a maior e a menor precipitação, com totais médios de 136 mm e 5mm, respectivamente.
Nos meses mais úmidos, a umidade relativa do ar varia, em média, entre 66% e 72%. Menores valores acontecem nos meses mais quentes, de Setembro a Novembro, quando a umidade atinge valores abaixo de 55%. A umidade relativa atinge os maiores valores em Abril, que corresponde ao fim do período chuvoso.
A temperatura do ar apresenta variações médias entre 24ºC e 28ºC, sendo Julho o mês mais frio e Novembro o mês mais quente do ano.
Tipos de solo encontrados: Planossolos, Solonetz Solodizados, Areias Quartzosas, Cambissolos, Latossolos Amarelos, Brunos Não Cálcicos, Podzólicos Amarelos, Podzólicos Vermelho-Escuros, Cambissolos.
Médias mensais:
| Jan | Fev | Mar | Abr | Mai | Jun | Jul | Ago | Set | Out | Nov | Dez | |
| Temperatura Máxima (°C) | 32,5 | 32,5 | 32,0 | 31,5 | 31,0 | 30,0 | 29,7 | 31,0 | 32,8 | 34,0 | 34,0 | 33,5 |
| Temperatura Mínima (°C) | 21,5 | 21,5 | 21,5 | 21,0 | 20,0 | 19,0 | 18,0 | 18,5 | 20,0 | 21,2 | 22,0 | 22,0 |
| Temperatura Média (°C) | 27,0 | 27,0 | 26,4 | 26,0 | 25,4 | 24,5 | 24,0 | 25,0 | 26,5 | 27,8 | 28,0 | 27,5 |
| Precipitação Média (mm) | 88,0 | 79,0 | 130,0 | 75,0 | 20,0 | 12,0 | 18,0 | 18,5 | 20,0 | 10,0 | 45,0 | 64,0 |
| Umidade Relativa (%) | 68,0 | 68,0 | 72,0 | 73,0 | 70,0 | 69,0 | 67,0 | 62,0 | 58,0 | 56,0 | 58,0 | 63,0 |