San Francisco a probablement le réseau de transport public le plus dense sur la côte occidentale des États-Unis. C'est aussi l'un des réseaux les plus utilisés, puisque 35 % des San-Franciscains l'empruntent quotidiennement.

Le réseau de transport public municipal, Muni, est géré par la ville. Il comprend le réseau de tramways de la ville (notamment en métro léger), y compris les 'cable cars' si appréciés des touristes, et un réseau de bus et trolleybus.

L'ensemble de la région est desservie par un réseau ferroviaire express, BART (Bay Area Rapid Transit), inauguré en 1974, qui relie San Francisco à l'est de la baie par un tunnel (le Transbay Tube) et au nord du comté de San Mateo, où se situe notamment l'aéroport international de San Francisco.

Caltrain est une ligne ferroviaire dont le terminus san-franciscain est dans le quartier de SOMA. La ligne, qui relie San Francisco à la ville de Gilroy, via San José, suit plus ou moins en parallèle l'avenue El Camino Real, et dessert de nombreuses gares le long de la péninsule de San Francisco.

Une modeste flotte de ferries fait la navette entre le quartier de l'Embarcadero et le comté de Marin, Oakland, Vallejo et le comté de Solano. Un projet de train à grande vitesse, accepté par les Californiens lors du référendum du 6 novembre 2008 reliera San Francisco à Anaheim, dans l'agglomération de Los Angeles, soit une distance de 1300 km.

L'aéroport international de San Francisco (SFO) se situe à 12,9 km au sud de la ville, dans le comté de San Mateo, au bord de la Baie de San Francisco. C'est le deuxième plus gros aéroport en Californie, après celui de Los Angeles. Il est connecté au réseau ferroviaire BART et via BART ou navette à Caltrain. Les deux autres aéroports principaux de l'agglomération sont l'aéroport international d'Oakland, à 32,2 km à l'est de San Francisco, et l'aéroport international Norman Y. Mineta de San José, à 70,8 km au sud-ouest.

Le port de San Francisco était autrefois le plus large et le plus fréquenté de la côte occidentale américaine, mais ce titre est désormais détenu par les ports de Los Angeles et Long Beach. Même si la baie de San Francisco reste une destination portuaire importante, c'est désormais le port d'Oakland qui accueille la plupart des cargos, disposant de plus d'espace et d'une meilleure infrastructure.

Comme nombre de vieux ports américains, celui de San Francisco a été construit à base de pontons (piers) perpendiculaires à la côte. Le cargo était ensuite déchargé par grues et transporté manuellement vers des hangars construits sur les quais. C'est à travers ces pontons que transita le très important commerce du bois de la côte occidentale.

L'avènement de l'ère des containers sonna le glas du port de San Francisco, qui n'était pas équipé pour ce type de cargo. Nombre de ses hangars devinrent obsolètes et restèrent à l'abandon jusqu’à leur récente reconversion en bureaux, centres commerciaux ou espaces d'exposition. Le port de San Francisco continue à être actif, mais ses activités son désormais limitées aux ferries qui transitent à partir du Ferry Building, à la plaisance et au tourisme. Le Pier 39 accueille un centre commercial touristique et les vaisseaux de croisière. Une rénovation des Piers 27-31 est en projet