Río de Janeiro ocupa la margen occidental de la Bahía de Guanabara, que abarca el terreno existente entre Copacabana e Itaipu, y alguna de sus islas, como Governador y Paquetá. Se asienta sobre un terreno llano, rodeada de montañas y colinas. La Sierra del Mar, en el borde atlántico de la planicie, se encuentra al noroeste de la ciudad, a unos 40 km de la costa. La ciudad ocupa un área de 1182,3 km², lo que supone una densidad de población de 4781 hab/km².

Clima 

Río de Janeiro tiene un clima tropical. Las temperaturas máximas pueden subir hasta más de 30 grados cada mes y ocasionalmente supera los 40 grados en zonas interiores de la ciudad. En las principales zonas turísticas la temperatura se modera por la brisa fresca proveniente del océano. La temperatura media mínima anual se sitúa en torno a los 20 grados, mientras que la media máxima anual es de unos 26 grados; la media anual se encuentra sobre los 23 grados. La media de precipitaciones anuales es de 1086 mm. La temperatura mínima registrada fue de 4 grados en julio de 1928 y la máxima fue 43,8 grados en enero de 1984.