Durante l'ultimaglaciazione, quando illivello del mare era più basso di diverse decine di metri, le acque delfiume Sacramento, alimentato da ghiacciai, e delfiume San Joaquin erosero un profondo canale tra le rocce sul tragitto verso l'oceano. Un processo simile creò ilcanyon sottomarinoHudson al largo della costa diNew York e delNew Jersey. Lo stretto è oggi noto per la sua profondità e per le potenti correnti di marea provenienti dall'Oceano Pacifico. Molti piccoli mulinelli e vortici possono formarsi tra le sue acque.
Prima dell'arrivo degli europei nel diciottesimo secolo, l'area intorno allo stretto e la baia era abitata dagliOhlone al sud e dal popolo Miwok al nord. I discendenti di entrambe le tribù si trovano ancora in quest'area.
Il Golden Gate è spesso avvolto dalla nebbia. Durante l'estate, il calore dellaCalifornia Central Valley causa l'ascensione dell'aria calda lì presente. Ciò può creare venti forti che attirano aria fresca e umida dall'oceano attraverso l'apertura tra le colline del Golden Gate, causando così solitamente l'ingresso di un flusso di nebbia densa nella baia.[1] Lo stretto era sorprendentemente difficile da rintracciare per i primi esploratori europei, presumibilmente a causa di questa persistente nebbia estiva. Lo stretto non è menzionato nei viaggi diJuan Rodríguez Cabrillo né diFrancis Drake, nonostante entrambi abbiano esplorato la costa durante il sedicesimo secolo in cerca del leggendariopassaggio a nordovest. Lo stretto non è menzionato neanche nelle osservazioni deigaleonispagnoli di ritorno delleFilippine che trovavano approdo nella vicina Drakes Bay. Questi galeoni passavano raramente ad est delleIsole Farallon (43 km ad ovest del Golden Gate), temendo la possibile presenza di rocce tra le isole e la terraferma.
La prima osservazione registrata dello stretto avvenne circa duecento anni dopo le prime esplorazioni europee della costa; nel1769 il sergente José Francisco Ortega, a capo di una missione di esplorazione inviata a nord lungo la penisola dell'attualeSan Francisco, riferisce l'impossibilità di proseguire oltre a causa dello stretto.[2] Il 5 agosto1775Juan de Ayala e l'equipaggio della sua naveSan Carlos divennero i primi europei ad attraversare lo stretto di cui si abbia conoscenza, avendo gettato l'ancora in un'insenatura dietro Angel Island che è attualmente dedicata ad Ayala stesso. Fino al 1840 circa lo stretto era chiamatoBoca del Puerto de San Francisco (dallospagnolo: ingresso del porto di San Francisco). Il 1º luglio1846, prima della scoperta dell'oro inCalifornia, l'apertura ottenne un nuovo nome. Nelle sue memorie,John C. Frémont scrisse: «A questa porta detti il nome diChrysopylae oPorta d'oro;[3] per le stesse ragioni per cui il porto diBisanzio fu chiamatoChrysoceras, oCorno d'oro».[4]