In gewisser Weise trägt die Tatsache, dass San Francisco in einer konstant erdbebengefährdeten Region liegt, zu der Faszination bei, die die Stadt auf Menschen in aller Welt ausübt. Es gilt unter Experten als sicher, dass San Francisco wieder von einem schweren Erdbeben getroffen werden wird, nur der Zeitpunkt dafür ist nicht vorauszusehen. Verantwortlich dafür ist die San-Andreas-Verwerfung mit seinen zahlreichen Neben- und Parallelarmen, entlang derer sich Erdplatten bewegen. Die Verwerfung hat eine Länge von mehr als 1100 Kilometern und kennzeichnet das Aufeinandertreffen Pazifischen Erdplatte und der Nordamerikanischen Erdplatte. Beide befinden sich in Bewegung bei einem errechneten Tempo von etwa sechs Zentimetern im Jahr und sie haben sich an manchen Stellen ineinander verhakt.

Lösen sich solche Stellen, an denen die Platten aneinander reiben, kommt es zu einer plötzlichen, mitunter mehrere Meter starken Bewegung, die sich als Erdbeben ausdrückt. Nicht nur die San Francisco Bay, auch andere Regionen Kaliforniens sind von diesen tektonischen Bewegungen unter der Erde betroffen.

Beim bisher folgenschwersten Erdbeben in Kalifornien, dem Beben von San Francisco im Jahr 1906, bewegten sich die Platten auf diese Weise geschätzte sechs Meter auf einmal. Nach heutigen Berechnungen hatte das Beben, das am 18. April 1906 um 5:12 Uhr begann, eine Stärke von 7,9. Das Epizentrum lag etwa drei Kilometer vor der Stadt im Pazifik. Von offiziellen Stellen wurde die Zahl der Opfer des Erdbebens zunächst mit 3,6 angegeben, offenbar ein Versuch, die entstandenen Ängste zu beruhigen. Tatsächlich geht man heute von etwa 3000 Toten aus, auch weil die Opfer in der dicht besiedelten Chinatown damals gar nicht erst gezählt wurden. Als noch schlimmer als die Erdstöße erwiesen sich aber die Feuer, die sich nach dem Beben in der ganzen Stadt ausbreiteten und die für deutlich mehr als drei Viertel der zerstörten Häuser in der Stadt verantwortlich waren.

Die Feuer waren wegen geplatzter Gasleitungen entstanden, wurden aber vor allem begünstigt durch den unerfahrenen Umgang der städtischen Feuerwehrleute mit der Situation. Bei dem Versuch, Schneisen in die Feuerwände zu schlagen, hatten diese etliche Häuser mit Dynamit zerstört, damit aber neue Feuer ausgelöst. Wegen der Zerstörungen durch das Erdbeben waren zudem viele Wasserleitungen nicht mehr verfügbar, so dass die Mittel fehlten, die Brände wirklich zu bekämpfen. Etwa 25.000 Häuser in der Stadt wurden durch die Erdstösse und die Brände zerstört, wodurch mehr als 230.000 Menschen in der Stadt, die zuvor 410.000 Einwohner gezählt hatte, obdachlos wurden. Obwohl der Wiederaufbau San Franciscos schnell begann, verließen viele Menschen die Stadt für immer, mit ihnen eine große Zahl von Unternehmen. Es war eine Folge des Erdbebens, dass San Francisco seine Rolle als wichtigste Stadt der Westküste an Los Angeles verlor, wohin viele Firmen umsiedelten.

Beim Loma Prieta Erdbeben von 1989, auch bekannt als World Series Erdbeben, waren die Schäden deutlich geringer, dem Beben wurde aber eine sehr große Aufmerksamkeit zuteil, weil es sozusagen live im Fernsehen übertragen wurde. Zum Zeitpunkt der Erdstöße mit einer Schwere von 6,9 am 17. Oktober 1989 um 17:04, standen sich zufällig zwei Teams aus der Region in den Endspielen der Baseballliga, der so genannten World Series, gegenüber. Das Spiel wurde landesweit live übertragen, als die Erde zu beben begann. Dem Umstand, dass beide Teams aus der Region an dem Spiel beteiligt waren, ist es auch zu verdanken, dass es vergleichsweise wenige Opfer gab, denn viele Bewohner der San Francisco Bay waren früher als sonst nach hause gefahren, um das Spiel im Fernsehen zu verfolgen. Insgesamt forderte das Erdbeben 63 Todesopfer, mehr als 3700 Menschen wurden verletzt.

Die meisten der Todesopfer waren innerhalb der Stadtgrenzen von Oakland zu beklagen. Hier war ein Teil einer zweistöckigen Brückenkonstruktion eingestürzt und hatte mehrere auf dem unteren Teil fahrende Fahrzeuge getroffen, 42 Menschen starben. Auch die San Francisco-Oakland Bay Bridge war betroffen, hier stürzte ein 15 Meter langes Teilstück herunter und tötete ebenfalls einen Autofahrer. An der San Francisco Marina starben vier Menschen, als Gebäude einstürzten; in Santa Cruz starben drei Menschen beim Einsturz eines Einkaufszentrums. Auch in anderen Orten der Umgebung gab es Schäden und Verletzte. Das Beben war das stärkste entlang der San Andreas-Verwerfung seit 1906.