Το Σαν Φρανσίσκο καταλαμβάνει μια δραματική γεωγραφική θέση στην άκρη μιας χερσονήσου που χωρίζει τον Ειρηνικό Ωκεανό από τον Κόλπο του Σαν Φρανσίσκο. Αυτή η μοναδική τοποθέτηση δημιουργεί την διάσημη τοπογραφία, τους μικροκλίματα και τις εικονικές θές της πόλης.
Η πόλη κάθεται στο βόρειο άκρο της Χερσονήσου του Σαν Φρανσίσκο, μια χερσαία μορφή 48 μίλια (77 χλμ) που εκτείνεται νοτίως από την ηπειρωτική ηπειρωτική του Bay Area. Η χερσόνησος οριοθετείται από:
Τα 46.9 τετρ. μίλια (121 χλμ²) του Σαν Φρανσίσκο περιλαμβάνουν πάνω από 50 ονομαστικούς λόφους. Κύριες υψώσεις:
Το βράχος υπόβαθρας είναι κυρίως Franciscan Complex — χαотиκό mélange χαλικώδους πετρώματος, φυλλοειδούς, χαλκηδόνα, πράσινου πετρώματος, και οφιόλιθος από αρχαία ζώνη υπόδυσης. Τα εδάφη ποικίλλουν από λεπτές βραχώδεις πλαισιές σε γεμιστά ελώνια (Marina District, Financial District, Treasure Island). Ενεργητική σεισμική ζώνη: Σφραγίδα San Andreas (δύση), Σφραγίδα Hayward (αντολή).
Δεν υπάρχουν φυσικές λίμνες. Ιστορικά ρέματα (Mission Creek, Islais Creek) κυρίως σωληνωμένα. Υδροδότηση από φραγμένο Hetch Hetchy (Γιοσέμιτι) 167 μίλια μακριά.
Ολοκληρώθηκε 1937, 1,7 μίλια (2,7 χλμ) αλυσιδοειδής διάβαση συνδέοντας Σαν Φρανσίσκο με Νομό Μαριν. Χρώμα International Orange επιλέχθηκε για ορατότητα στην ομιχλή. Μεταφέρει 112.000 οχήματα ημερησίως. Σύμβολο της σύνδεσης της πόλης με τον Ειρηνικό κόσμο.
Οι λόφοι δημιουργούν δραματικές ποικιλίες καιρού: δυτικές γειτονιές (Sunset, Richmond) ομιχλώδεις/ψυχρές· ανατολικές γειτονιές (Mission, SoMa) ηλιόλουσες/θερμότερες. Διαφορές θερμοκρασίας 10-15°F (5-8°C) σε λίγες μίλια είναι συχνές.