O metrô paulistano está em operação desde 14 de setembro de 1974. É o maior e mais movimentado sistema de transporte metroviário do Brasil, com uma extensão de 78,4 quilômetros de linhas ferroviárias distribuídas em seis linhas, que possuem um total de 67 estações (61 operadas totalmente pelo Metrô, quatro operadas totalmente pela ViaQuatro, e duas estações operadas pelo Metrô e pela ViaQuatro: Luz e República). Compõem o sistema as linhas 1-Azul (Jabaquara - Tucuruvi), 2-Verde (Vila Prudente - Vila Madalena), 3-Vermelha (Corinthians-Itaquera - Palmeiras-Barra Funda), 4-Amarela (Luz-Butantã), 5-Lilás (Capão Redondo - Adolfo Pinheiro) e 15-Prata (Vila Prudente - Oratório). Possui interligação com o sistema de trens urbanos, através de integração com linhas da Companhia Paulista de Trens Metropolitanos (CPTM) nas estações Brás, Tatuapé, Palmeiras-Barra Funda, Luz, Corinthians-Itaquera, Santo Amaro, Tamanduateí e Pinheiros, e em outros terminais de transporte intermodal na cidade de São Paulo. Diariamente, o sistema de São Paulo transporta 4,6 milhões de passageiros.

Em 2010 o Metrô de São Paulo foi considerado o melhor sistema de transporte sobre trilhos da América Latina pelo The Metro Awards. Não obstante, engenheiros especializados em transportes urbanos afirmam que o metrô está saturado e que a solução deste problema só poderá ocorrer a longo prazo. Apesar dos investimentos em expansão e modernização, sua extensão é considerada insuficiente para as dimensões da região metropolitana que serve. Um estudo realizado em 2010 revelou que o metrô paulistano era, naquele ano, o mais lotado do mundo, com 11,5 milhões de passageiros transportados a cada quilômetro de linha. A demanda de passageiros naquele ano exigia, segundo o estudo, duzentos quilômetros de linhas e havia então 70,6 quilômetros. O recorde de metrô mais lotado do mundo já havia sido atingido em 2008, quando foram transportados dez milhões de passageiros por quilômetro. A superlotação do sistema, aliada a falhas constantes na operação, refletiu na percepção dos usuários. Em setembro de 2011, o metrô obteve a pior avaliação de sua história, segundo pesquisa realizada pelo Datafolha junto aos usuários do sistema. Em maio de 2015, havia 78,3 quilômetros de linhas, uma expansão de menos de oito quilômetros em cinco anos. Em 2011, a meta anunciada pelo governo do Estado era chegar a cem quilômetros de linhas até o fim de 2014, incluindo o monotrilho.