Mediauppspelning stöds inte på den här enheten
Adams, 33, slog Kinas Ren Cancan - som hon slog för att vinna guld i London 2012 - i torsdagens semifinal.
Leeds kvinnan förlorade den första av fyra två-minutersrundor, innan du kommer tillbaka för att vinna de sista tre.
Hon kommer att möta Frankrikes 10-faldiga nationella mästare Sarah Ourahmoune i lördagens guldmedalj match (18:00 BST).
"Ännu en guldmedaljmatch - jag kan knappt bärga mig. Det här har jag tränat för de senaste fyra åren. Jag är glad," sa hon till BBC Sport.
Det är garanterat GB:s första guld- eller silverboxningsmedalj i Rio 2016, även om supertunga Joe Joyce också kunde nå sin final.
Den 30-årige Londonern möter Kazakstans Ivan Dychko i fredagens semifinal före söndagens guldmedalj.
Besegrade semifinalister slåss inte igen och båda får bronsmedaljer.
Joshua Buatsi vann Team GB:s första boxningsmedalj i Brasilien genom att säkra brons vid lätt tungvikt.
Adams har uppnått praktiskt taget allt som finns att uppnå i boxning, efter att redan ha vunnit olympiska, europeiska och samväldesguld.
Men hon visade sin beslutsamhet att lägga till en annan olympisk titel - att bli den första Briton att försvara sin krona efter mellanviktaren Harry Mallin 1924 - genom att komma bakifrån mot Ren.
Ren, en trefaldig världsmästare, tog öppningsrundan på alla tre domarnas poängkort, men Adams kom ut aggressivt i nästa för att sätta tillbaka sin 30-åriga motståndare med sin kraftfulla vänster jabb.
Hon slog Ren ur balans när hon återställde paritet i halvvägs skede, också på väg att vinna de sista två rundorna 10-9 över hela linjen.
"Fyra år är en hel del tid att för en boxare att ändra och stärka sina svagheter så jag var bara tvungen att gå och hålla sig till taktiken," Adams sade.
"Jabben vann matchen, den bara lönade sig. Jag är alltid nervös och du behöver den nervösa energin för att ge dig adrenalin."
Anthony Joshua, OS-mästare i supertungvikt 2012 på BBC TV:
"Jag är säker på att Nicola kommer att känna till Sarah Ourahmoune - den franska och brittiska sparren mycket tillsammans.
"Jag tror att Nicola kommer att kontrollera henne med jabbar och hålla sig sysselsatt för att inte ge henne en chans att attackera."
Nicola Adams fortsatte sitt försök att bli den första brittiska boxaren att behålla en olympisk titel i 92 år genom att nå kvinnornas flugviktsfinal.