Tendo já presença francesa na região, os portugueses, sob o comando de Estácio de Sá, desembarcaram num istmo entre o morro Cara de Cão e o Pão de Açúcar, fundando, a 1 de março de 1565, a cidade de São Sebastião do Rio de Janeiro. Uma vez conquistado o território, em uma pequena praia protegida pelo Pão de Açúcar edificaram uma fortificação de faxina e terra, o embrião da Fortaleza de São João.

A expulsão e derrota definitiva dos franceses e seus aliados indígenas, no entanto, só se deu em janeiro de 1567. A vitória de Estácio de Sá, subjugando elementos remanescentes franceses (os quais, aliados aos tamoios, dedicavam-se ao comércio e ameaçavam o domínio português na costa do Brasil), garantiu a posse do Rio de Janeiro, rechaçando a partir daí novas tentativas de invasões estrangeiras e expandindo, à custa de guerras, seu domínio sobre as ilhas e o continente. A povoação foi refundada no alto do morro do Castelo (completamente arrasado em 1922), no atual centro histórico da cidade. O novo povoado marca, de fato, o começo da expansão urbana.

Durante quase todo o século XVII a cidade acenou com um desenvolvimento lento. Uma rede de pequenas ruelas conectava entre si as igrejas, ligando-as ao Paço e ao Mercado do Peixe, à beira do cais. A partir delas, nasceram as principais ruas do atual centro. Com cerca de 30 mil habitantes na segunda metade do século XVII, o Rio de Janeiro tornara-se a cidade mais populosa do Brasil, passando a ter importância fundamental para o domínio colonial.

Essa importância tornou-se ainda maior com a exploração de jazidas de ouro em Minas Gerais, no século XVIII: a proximidade levou à consolidação da cidade como proeminente centro portuário e econômico. Em 1763, o ministro português Marquês de Pombal transferiu a sede da colônia de Salvador para o Rio de Janeiro.

A vinda da corte portuguesa, em 1808, marcaria profundamente a cidade, então convertida no centro de decisão do Império Português, debilitado com as guerras napoleônicas. Após a Abertura dos Portos, tornou-se um proeminente centro comercial. Foi a única cidade no mundo a sediar um império europeu fora da Europa.

Foi a capital do Brasil de 1763 a 1960, quando o governo transferiu-se para Brasília. Atualmente é a segunda maior cidade do país, depois de São Paulo. Entre 1808 e 1815, foi capital do Reino de Portugal e dos Algarves, como era oficialmente designado Portugal na época. Entre 1815 e abril de 1821, sediou o Reino Unido de Portugal, Brasil e Algarves, após elevação do Brasil a parte integrante do Reino Unido.

Após a transferência da Capital Federal para Brasília em 1960, o Rio foi transformado numa cidade-estado com o nome de Guanabara. Em 15 de março de 1975 ocorreu a fusão com o antigo estado do Rio de Janeiro e, em 23 de julho, foi promulgada a Constituição do Rio de Janeiro.

A ocupação da atual zona sul efetivou-se com a abertura do Túnel Velho, que fazia a conexão entre Botafogo e Copacabana. O surgimento do Copacabana Palace, em 1923, consagrou, definitivamente, o processo de ocupação e o turismo na região, que experimentou uma explosão demográfica. O Cristo Redentor seria inaugurado em 1931, tornando-se um dos cartões-postais do Rio e do Brasil.