I 1990 ledet Montana igjen 49ers til toppen av tabellen (14–2) i NFL. Han ble utpekt til Sportsman of the Year av . Et høydepunkt is sesongen var omkampen mot Atlanta Falcons, hvor Falcons forsøkte å blitze Montana hele kampen, som ledet til at Montana satte en personlig rekord på 476 yards (også kamprekord for 49ers) og seks touchdownpasninger, hvor fem av dem gikk til Jerry Rice. I løpet av sesongen kastet han for 3 944 yards og 26 touchdowns, men hadde også 16 interceptions, høyest i hans karriere. Tre av hans interceptions kom i et nederlag på hjemmebane mot Los Angeles Rams 25. november, som også avsluttet 49ers' 18 kamper lange seierrekke.