San Francisco ligger på Californiens kyst og har et mildt, men også ret omskifteligt klima. Byen er kendt for sin havbrise og den berømte tåge, som især kan lægge sig over Golden Gate Bridge og kystområderne om sommeren. Derfor føles San Francisco ofte køligere end mange forventer.
San Francisco har milde temperaturer året rundt. Sommeren er ikke særlig varm sammenlignet med resten af Californien, og dagtemperaturerne ligger ofte omkring 18–22 °C. Forår og efterår er lune og behagelige, mens vinteren er mild med temperaturer omkring 12–16 °C. Det kan dog føles køligt, især når vinden kommer ind fra Stillehavet.
Det bedste tidspunkt at besøge San Francisco er typisk fra maj til oktober. September og oktober er ofte blandt de bedste måneder, da vejret kan være lunere og mere klart end midt på sommeren. Sommermånederne er populære, men kan være tågede og kølige – især tæt ved vandet.
Der falder mest regn i San Francisco fra november til marts. Sommeren er som regel tør, men ikke nødvendigvis varm. Regnen kommer typisk som byger eller perioder med gråvejr, mens forår og efterår ofte byder på mere stabile og behagelige dage.
San Francisco er ikke en klassisk badeferiedestination. Strandene som Ocean Beach og Baker Beach er smukke og stemningsfulde, men vandet er koldt året rundt, og strømforholdene kan være kraftige. Kysten egner sig derfor bedst til gåture, udsigter, picnic og naturoplevelser frem for badning.
