Het Vaucluse Departement, waarin Châteauneuf-du-Pape is gelegen, heeft een mediterraan klimaat. Dit is een typisch klimaat voor het zuidoosten van Frankrijk en wordt gekenmerkt door hete, droge zomers (34-38 ° C) en koele afwisselend natte winters.
Het vriest slechts af en toe in de winter en zelden sneeuwt het op zeeniveau (in tegenstelling tot de omliggende bergen). De mistralwind is een ander belangrijk kenmerk van het klimaat in de Vaucluse. Deze waait van noord naar zuid in de Rhône-vallei en ontstaat in de Alpen.
De mistral waait harder in Châteauneuf dan ergens anders in het gebied met snelheden van soms meer dan 100 km/u. De koele wind uit het noordoosten droogt de lucht en verdringt snel de wolken waardoor de lucht helder blauw ziet. Het is reeds aangetoond dat de mistral de kwaliteit van de wijnstokken en druiven positief beïnvloed door het elimineren van virussen en overmatig water na regenval hetgeen schimmelziekten voorkomt.
