Fußball ist in Brasilien Nationalsport und São Paulo ist eine der Fußballhochburgen des Landes. In der Stadt befindet sich das weltgrößte private Sportstadion Morumbi. Es hat eine Kapazität von 80.000 Zuschauern und ist Spielort des Fußballvereins São Paulo Futebol Clube, des viermaligen Landesmeisters von Brasilien der Jahre 1977, 1986, 1991 und 2006. Anhänger des São Paulo FC nennt man gemeinhin „são-paulinos“ oder, wegen der einfacheren Aussprache, auch „sanpaulinos“.
Weitere bekannte Fußballmannschaften der Stadt sind der sechsmalige Landesmeister Sociedade Esportiva Palmeiras (1967, 1969, 1972, 1973, 1993, 1994), Spielort Parque Antártica-Stadion (Kapazität 32.000 Zuschauer) sowie der viermalige Landesmeister SC Corinthians Paulista (1990, 1998, 1999, 2005), Spielort Pacaembu-Stadion (Kapazität 45.000 Zuschauer).
Ein weiterer Fußballverein aus São Paulo ist Portuguesa. Die Mannschaft spielt im Caninde-Stadion mit einer Kapazität von 27.500 Zuschauern. Daneben gibt es noch eine Reihe von kleineren Vereinen, von welchen mit Sicherheit der Clube Atletico Juventus der kurioseste ist. Da sich die italienischen Einwandererbrüder Crespi nicht auf einen gemeinsamen Nenner für den von ihnen gegründeten Klub einigen konnten, nahmen sie kurzerhand den Namen von Juventus Turin und die Farben des Stadtrivalen AC Turin. Clube Atletico Juventus spielt im traditionsreichen Rua Javari Stadion (Kapazität 9061 Zuschauer).
Neben Fußball sind auch Volleyball, Tennis und Autorennsport in São Paulo sehr beliebt. So stammen mit Chico Landi (1907–1989), Ayrton Senna (1960–1994), Rubens Barrichello und Felipe Massa einige der ehemals und gegenwärtig besten Formel 1-Rennfahrer aus der Stadt. Neue Aktivsportarten wie beispielsweise Surfen, Windsurfen und Drachenfliegen finden in São Paulo, wo die nicht weit entfernte lange Küste und das günstige Klima hervorragende Bedingungen bieten, einen ständig wachsenden Zuspruch. Für Aerobic, Bodybuilding und Gerätegymnastik stehen zahlreiche Fitnessstudios zur Verfügung.
In São Paulo findet der weltweit bekannteste Silvesterlauf statt.