Die Lage an der Küste des Pazifiks beeinflusst das fast mediterrane Klima maßgeblich. Es ist das ganze Jahr hindurch außergewöhnlich mild mit kühlen, fast regenfreien Sommern und warmen Wintern. Die Tagestemperatur im Sommer reicht von 15 bis 25 Grad Celsius, wohingegen es im Winter niemals zu frieren scheint. Die meisten Niederschläge fallen zwischen November und März. San Francisco ist aber auch berüchtigt für die morgendlichen Nebelschwaden, die vom Meer her über die Hügel ziehen. Diese entstehen, wenn sich die warme, vom Inland kommende Luft mit der kalten Luft über dem Pazifik mischt; hinzu kommt, dass es in den USA keine West-Ost-Gebirge gibt. Gleichzeitig wird das küstennahe Klima durch den kalten Kalifornienstrom, der von Alaska herunter zieht, beeinflusst. Die Sommertemperaturen sind signifikant niedriger als in anderen Regionen vergleichbarer Breiten und in anderen Teilen Kaliforniens, wobei es vorkommt, dass es am Golden Gate empfindlich kühl und im Stadtzentrum gleichzeitig hochsommerlich warm sein kann. Es ist jedenfalls ratsam, immer eine Jacke oder einen Pullover mitzunehmen. Der wärmste Monat ist oftmals der September.