Das Klima auf Santa Maria kann mit dem Mittelmeerraum verglichen werden. Die Winter sind regnerisch und feucht, die Sommer heiß und trocken, aber nie unerträglich heiß.
Dennoch unterscheidet sich Santa Maria ein wenig von den anderen acht Inseln: Die Sommer sind etwas länger, die Niederschläge geringer und die Temperaturen etwas höher. Nicht umsonst wird Santa Maria auch Ilha do Sol genannt. Immerhin hat Santa Maria das trockenste und mildeste Klima der Azoren. Im Vergleich zu Flores fällt auf Santa Maria nur die Hälfte des dortigen Niederschlags.
Die beste Jahreszeit für einen Urlaub ist sicherlich das späte Frühjahr, wenn die Blumen noch blühen und die Insel in sattem Grün erstrahlt. Ab Juni verwandelt sich der Westen in eine öde Steppenlandschaft.
Die Jahresdurchschnittstemperatur liegt bei 17,5°C. Das Minimum liegt im Februar bei 14°C, das Maximum im August bei 28°C.
Die Wassertemperatur schwankt zwischen 14,5°C und 24,5°C und beträgt im Durchschnitt 18°C.
Die durchschnittliche Luftfeuchtigkeit beträgt 72%.
