Probablemente debido a las buenas condiciones meteorológicas de la ciudad, a sus ricos recursos y a sus modernas instalaciones, Río de Janeiro fue elegida (tras varios intentos en 1936, 2004 y 2012) por el Comité Olímpico Internacional como sede de los Juegos Olímpicos de Verano de 2016. De este modo, Río se convertiría en la primera ciudad brasileña -y sudamericana- en albergar este prestigioso evento.
En octubre de 2007, la ciudad también fue seleccionada para albergar la Copa Mundial de la FIFA 2014, lo que la situó en el mapa de dos grandes acontecimientos deportivos.
Siendo el fútbol el deporte más popular en Brasil, Río de Janeiro es la sede de cinco de los clubes tradicionales del país: el América Football Club, fundado en 1904; el Botafogo de Futebol e Regatas , que ocupó el 12.º puesto en la clasificación de Clubes del Siglo XX de la FIFA; el Fluminense Football Club, formado en 1902; el Club de Regatas Vasco da Gama, conocido simplemente como el Vasco; y el Clube de Regatas do Flamengo, que, según una encuesta nacional y de aficionados de la FIFA, es el equipo que cuenta con el mayor número de seguidores en todo el mundo.
Además del fútbol, deportes como el voley playa, el surf, el ala delta, el yachting y la escalada son también populares en la ciudad.