里约热内卢沿岸和Morro de Castello，1919年自Ilha das Cobras, 由Harriet Chalmers Adams。瓜纳巴拉湾是将来的城市所在地，被葡萄牙探险家佩德罗·阿尔瓦雷斯·卡布拉尔在1502年1月20日发现。因此称为Rio de Janeiro，"一月河"。这个名称是一个传说，因为他们认为海湾口实际是河口。但没有一个有经验的水手会犯这种错误。事实上, "河"是当时任何大面积水体的通称.
非官方的欧洲人在此地出现并未长时间持续。1519年当斐迪南·麦哲伦在此地的海滩给他的船补给时，法国走私船已经开始使用这座海滩作为他们走私的大本营巴西木材。当法国海军军官Nicolas Durand de Villegaignon与1555年与一只舰队和两只船到达，与其一起到达的还有600名战士和殖民者，他在这里建立了第一个欧洲永久居住地。殖民地被指为"France Antarctique". 殖民者主要由法国雨格诺派徒与瑞士 加尔文教徒组成。Villegaignon于1557年在与一些殖民者的冲突后离开。
这个城市在1565年3月1日，由葡萄牙骑士Estácio de Sá名为São Sebastião do Rio de Janeiro (St. Sebastian of the January River），在塞巴斯蒂昂一世之下成立。整个世纪以来，这移居地通常称作São Sebastião又称为Saint Sebastian。这座城市被建做一个用来侵略法国殖民地的基地。他们在1567年成功占领并将法国人驱逐出境。以后，“São Sebastião”经常被海盗及私掠船攻击，特别是葡萄牙的敌人，如荷兰和法国。
里约热内卢著名的耶稣基督像里约初始地址确切位于糖面包山的山脚下Pão-de-Açúcar。后来，整个城市被迁移至一个以一座山包围的山顶中，模仿中世纪欧洲加强防御机制的城堡——而此地后被称为Morro do Castelo（城堡山）。因此，这座城市从现有的市中心（城区，见下） 先向南后向北（以大面积的建筑活动来开垦土地）；一个至今仍在继续的城市化过程.
16世纪后期葡萄牙人聚集开始型成村庄一个巴西境内大西洋海上运输的战略位置，非洲殖民地到欧洲也有。建筑城堡并与土著邻邦成立同盟来防御和抵抗侵略者——里约的邻居，例如尼泰罗伊，由一个土著统领建立的名为Tamoio Indian Araribóia的地区。其目的为支持防御。甘蔗糖以前是本地的第一产业。土著人与非洲人通常奴隶被雇于手工业。最终工业缩减，巴西北方生产的高品质甘蔗糖产业从而得到发展。
直到18世纪初期，城市多次被威胁及试图入侵，通常是法国海盗，当中包括Jean-François Duclerc及René Duguay-Trouin。1720年后，当葡萄牙人在米纳斯吉拉斯发现黄金及钻石后，里约热内卢成为了重要的出口港口。1763年，葡萄牙的殖民地政治将行政权移到里约热内卢。
科帕卡巴纳沙滩此城市继续成为殖民地地首都，直到1808年为止，当葡萄牙贵族及皇室害怕拿破仑入侵葡萄牙，迁移到里约热内卢。此地更成为葡萄牙首都，因此里约热内卢是唯一一个欧洲国家在欧洲以外地区设立首都的城市。那个时候，对于贵族突然迁徙，城市没办法建设空间给予适当的环境贵族居住。
1822年，佩德罗一世宣布巴西独立，他决定将里约热内卢成为国家的首都，不过城市逐渐失去重要性，他将经济和政治中心迁移到圣保罗。
当君主制被共和国所代替，里约热内卢仍是巴西的首都。
Copacabana Palace Hotel于科帕卡巴纳海滩，是里约热内卢最著名、最豪华的旅馆之一，建于19世纪20年代直到20世纪早期，城市开始发展到有分区的情况（见下文），市中心的重心开始向南和西转移，至一个被称为Zona Sul（南区）的地区，第一条丈在山下的隧道建成通往Botafogo与邻近的城市，其现名为科帕卡巴纳。那座海滩的天然美，与其美誉并称Copacabana Palace Hotel，美洲19世纪30年代的豪华酒店，到现仍里约热内卢仍成为派对主要进行城市(尽管，此美誉近年来多少被毒品贸易所导致的暴力诋毁）。
File:Rio08.jpg Ipanema海滩巴西有意将首都移到国家的中心，而当时亦有迁都的讨论，1955年当总统库柏契克大力推行建设新的首都。尽管有很多意见认为这只是选举 修辞学，Kubitschek仍想于1960年前在大海滩地区建立巴西利亚。4月21日，巴西正式将首都转移到巴西利亚。
1960年至1975年里约热内卢是一个Guanabara州城邦（类似德国汉堡、奥地利维也纳及美国的华盛顿）。不过因行政及政治原因，一个被称为"A Fusão"（"融合"）总统政令使城市的联邦状态不复存在并将其于1975年与state of Rio de Janeiro并吞。直到现在，Cariocas仍倡议城市应当拥有自治权。