Hoang mạc Ả Rập có khí hậu cận nhiệt đới và hoang mạc nóng, gần với khí hậu của hoang mạc Sahara tại Bắc Phi. Trong thực tế, hoang mạc Ả Rập là phần mở rộng của hoang mạc Sahara trên bán đảo Ả Rập. Khí hậu chủ yếu là nóng và khô, có ánh nắng dồi dào quanh năm.

Lượng mưa thường vào khoảng 100 mm, và các khu vực khô hạn nhất nhận được lượng mưa từ 30 đến 40 mm hàng năm song chúng chiếm tỷ lệ rất ít. Hầu như không có bất kỳ khu vực cực khô hạn nào tại hoang mạc Ả Rập, trái ngược với hoang mạc Sahara khi tại đó có hơn một nửa diện tích khô hạn cực độ (lượng mưa hàng năm dưới 50 mm). Thời gian nắng tại hoang mạc Ả Rập rất cao theo tiêu chuẩn thế giới, từ 2.900 giờ (66,2% số giờ ban ngày) đến 3.600 giờ (82,1% số giờ ban ngày) song thường là khoảng 3.400 giờ (77,6% số giờ ban ngày), điều này thể hiện rõ điều kiện trời quang phổ biến khắp khu vực và giai đoạn mây phủ chỉ là gián đoạn. Thậm chí mặc dù Mặt trời và Mặt trăng sáng chiếu, song bụi và ẩm vẫn khiến lữ khách có tầm nhìn thấp.

Nhiệt độ duy trì ở mức cao quanh năm, nhiệt độ trung bình cao vào mùa hè thường là trên 40°C tại những nơi có độ cao thấp, và thậm chí lên tới 48 °C tại các điểm có độ cao cực thấp, đặc biệt là dọc vịnh Ba Tư gần mực nước biển. Nhiệt độ trung bình thấp vào mùa hè vẫn ở mức cao, đạt trên 20°C và đôi khi là trên 30°C tại các vùng cực nam. Nhiệt độ cao kỷ lục là trên 50°C tại phần lớn hoang mạc, một phần là do độ cao rất thấp.