Presenta un clima mediterráneo semi-continental, famoso por ser uno de los más extremos de España en la época estival. Los veranos son larguísimos, secos y extraordinariamente calurosos (superando con facilidad los 40ºC), mientras que los inviernos son cortos y relativamente suaves. Este sol inclemente es fundamental para realizar el tradicional "asoleo": tender las uvas al sol sobre esteras de esparto para que se pasifiquen y concentren sus azúcares antes de prensarlas para hacer vino dulce.

El gran secreto de la región son sus famosos suelos de "albariza". Son tierras deslumbrantemente blancas, ricas en carbonato cálcico, sílice y arcilla. Tienen una propiedad vital: durante las lluvias de invierno actúan como una esponja reteniendo el agua en el subsuelo, y en verano se hornean formando una costra dura en la superficie que evita la evaporación, permitiendo que las raíces "beban" durante los tórridos meses estivales.

Es un territorio consagrado casi en exclusividad a la uva blanca, que reina en sus campos.

Blancas: La uva Pedro Ximénez (o PX) es la reina, señora y motor absoluto de la zona (ocupa más del 95% del viñedo). Sorprendentemente, con esta misma uva hacen tanto sus vinos más secos (los Finos) como sus néctares más dulces. Le acompañan de forma minoritaria otras uvas autorizadas como la Airén, Baladí, Verdejo, Moscatel, Torrontés, Macabeo, Sauvignon Blanc y Chardonnay.

Tintas: Aunque en la zona de Córdoba se cultivan algunas variedades tintas (como Syrah o Tempranillo), la D.O. Montilla-Moriles ampara histórica y legalmente los vinos blancos, generosos y dulces de la región. Los tintos suelen comercializarse bajo el sello de "Vino de la Tierra de Córdoba" u otras indicaciones.