Mediauppspelning stöds inte på den här enheten
Diana Taurasi och Lindsay Whalen gjorde 17 poäng styck för USA, guldmedaljörer för åttonde gången i 10 framträdanden.
Victory förlängde USA: s olympiska vinnande strimma till 49, med anor tillbaka till brons-medaljmatchen i Barcelona 1992.
Spaniens silver var deras första olympiska medalj i vilken färg som helst i dambasket.
Världens tredje rankade team hade förlorat 103-63 till USA i gruppstadiet.
Spaniens Alba Torrens gjorde ett spel-hög 18 poäng, men USA var bekväma vinnare, lämnar tränare Geno Auriemma i tårar.
Segern förde med sig ett fjärde olympiskt guld i rad till Taurasi, kapten Sue Bird och Tamica Catchings.
Tidigare vann Serbien brons genom att slå Frankrike 70-63.
Prenumerera på BBC Sport nyhetsbrev för att få vårt tips på nyheter, funktioner och video skickas till din inkorg.
Ta reda på hur du kommer in i basket med vår speciella guide.
USA vann sin sjätte på varandra följande olympiska kvinnors baskettitel, slog Spanien 101-72 på Carioca Arena.