2007年9月13日，七个城市申办2016年夏季奥林匹克运动会和残疾人奥林匹克运动会，他们均于2007年9月14日获国际奥委会承认为申办城市。尽管包括纽约和洛杉矶在内的多个城市承认考虑主办2016年奥运会，但2008年6月4日，国际奥委会执行委员会选拔芝加哥、马德里、里约热内卢和东京四个城市为候选城市，最终决定将在希腊雅典的会议上做出。其他申办城市巴库、多哈和布拉格均被淘汰。
2008年1月14日，国际奥委会工作组详细研究申请文件后选出四大候选城市。四大城市于2009年2月11日向国际奥委会提交申办文件。国际奥委会评估委员会于芝加哥（2009年4月4日-7日）、东京（2009年4月16日-19日）、里约热内卢（2009年5月2日-4月27日）和马德里（2009年5月5日-8日）进行实地考察。在纳瓦尔·穆塔瓦基尔的领导下，评审委员会于选举前一个月的2009年9月2日发布报告。
2009年10月2日，四大举办城市的国家元首出席了丹麦哥本哈根举办的第121届国际奥委会大会。芝加哥在贝拉中心率先演讲，接着是东京、里约热内卢和马德里，包括西班牙国王、奥普拉·温弗里和球王比利。投票前，国际奥委会评估委员会在会议上提交报告。芝加哥在第一轮投票中失利，接着是东京，符合条件的国际奥委会城市都被要求在三轮详尽的投票过程中投票。
里约热内卢在最后一轮以66票压倒性击败32票的马德里，赢得2016年夏季奥运会及残奥会的举办权。巴西和里约热内卢将是首个举办夏季奥运会的葡语国家和南美城市。这一消息由国际奥委会主席雅克·罗格在公开转播的仪式上宣布。这一冗长和集约化的史上最严格的申办过程，以间谍活动、种族主义和反对运动等争议著称。


申办过程 奥运会申办过程始于国家奥林匹克委员会向国际奥委会提交申请，结束于国际奥委会成员在常会上选出主办城市。该过程受奥林匹克宪章第5章第34条约束。
自1999年以来，该过程由两个阶段组成。第一阶段在申请截止时间过后立即开始，“申办城市”需要回答一份涵盖成功的运动会组织重要性主题的问卷。该信息能让奥委会分析城市的承载能力及其计划中的优缺点。详细调查调查问卷和随后的报告后，国际奥委会执行委员会将选出有资格进入下一阶段的城市。第二阶段是真正的资格候选阶段：被接受的申请城市（从现在起被称为“候选城市”）须以一份更广泛、更详细的候选人资格文件的形式，提交第二份问卷。这些文件被由国际奥委会委员、国际体育联合会、国家奥委会、运动员代表、国际残疾人奥林匹克委员会和各个领域的国际专家组成的国际奥委会评估委员会仔细研究。评估委员会成员随后到每个候选城市视察四天，检查举办场馆，简单了解资格候选文件所涵盖的主题。评估委员会在国际奥委会大会选举前一个月，将视察结果报告成交给国际奥委会成员。
国际奥委会大会将选出主办城市，于没有提出奥运会申请的国家召开。选举由现任国际奥委员会委员（不包括名誉和荣誉委员）组成，每人一票，候选城市所在国家的成员不能投票。投票分几轮进行，直至有候选城市达到了绝对多数的票数。若第一轮未出现这种情况，则淘汰得票数最少的城市，开始另一轮投票。在最低票数并列的情况下，将进行特殊的决选，继续在下一轮决出冠军。每一轮结束后，公布淘汰掉的城市。宣布主办城市后，成功的申办代表团与国际奥委会签署“主办城市合同”，代表着赛事组织的责任将落实到该城市和各自的国家奥委会。


= 评估 =


 申请阶段  2007年9月13日是2016年夏季奥林匹克运动会申请的最后限期。七个城市于该日期前提交申请，并在2008年1月14日最后限期前提交第一阶段调查问卷。透过分析调查问卷，基于从每份调查问卷上政治与社会支持、一般基础设施、体育场馆、奥运村、环境、住宿、交通、保安、以往经验、经济和遗产十一个主题所得的分数，给出每个城市的加权平均数。如果申办所得分数高于6（即国际奥委会预先定好的基准分数），则该城市被视为非常有能力举办奥运会，否则机会非常渺茫。2008年6月4日，国际奥委员宣布候选城市：五个得分最高的申办城市中的四个成为正式候选城市进入到下一阶段。根据规定，国际奥委会授予他们在资格候选标志上使用奥运五环的权利，作为每个候选城市的标签标识。国际奥委会选择让里约热内卢击败多哈，打破惯例，得分较高的城市多哈被击败。多哈的缺点在于人口小、缺乏设施，比赛日期大大超出了国际奥委会所能接受的窗口期。一般情况下，国际奥委会选择所有得分最高的申请，要达到既定的最低基准。
工作组将评估报告分为11大具体主题和权重：政府支持、法律问题和公众舆论（2）、一般基础设施（5）、体育场馆（4）、奥运村（3）、环境条件和影响（2）、住宿（5）、交通理念（3）、保安（3）、以往体育赛事经验（2）、经济（3）和总体项目和遗产（3）。权重设置由1至5，5最高，由工作组按各自标准评分，反映申请城市在该申办阶段的信息水平和在七年的准备时间里达到组织奥运会的水平的潜力。工作组将6设置为最低等级（0-10）。该等级由工作组根据每个申请城市的主次标准评判，反映了工作组（质量、数量、位置、概念等方面）的评估。


 资格候选阶段  曾主持2012年夏季奥林匹克运动会运动会申办过程的摩洛哥人纳瓦尔·穆塔瓦基尔担任评估委员会主席。其他成员包括奥运会执行主任吉尔伯特·费利、中华台北国际奥委会委员吴经国、英国国际奥委会委员克雷格·里德、法国国际奥委会委员盖里·杜鲁特、埃及国际奥委会委员穆尼尔·萨比特、俄罗斯国际奥委会会员兼运动会委员会代表亚历山大·波波夫、荷兰国际奥委会委员兼夏季奥运单项运动总会代表埃尔斯·范·布雷达·维里斯曼和澳大利亚国际残奥会代表格雷戈里·哈同。
委员会于2009年第二季度开展实地考察，4月2日-8日拜访芝加哥，4月14日-20日拜访东京，4月27日-5月3日拜访里约热内卢，5月4日-9日拜访马德里。与往年不同的是，委员会的考察市场从四天增至七天。他们于选举前一个月的2009年10月向国际委员会委员发表全面的技术鉴定。


= 选举 =
第121届国际奥林匹克委员会大会于2009年10月2日在丹麦哥本哈根召开，举行最终投票。当地时间16点49分，里约热内卢被宣布为举办城市。结果如下表：


= 表2：2016年举办城市选举投票结果 =


申办城市 候选城市 其他城市 布里斯班等澳大利亚城市表达了兴趣。
 泰国曼谷因在2004年奥运会上的强劲表现而表示出极大的热情，但后来改为申办2010年青年运动会。
 比利时布鲁塞尔在一些政客认为应组织比利时城市和荷兰城市联合承办2000年欧洲杯后表示出兴趣。
 阿根廷布宜诺斯艾利斯曾参与2004年夏季奥运会的申办。
 南非开普敦和德班表示有兴趣。
 印度新德里原定参与申办，后来在2007年4月宣布申办2020年夏季奥林匹克运动会
 阿联酋迪拜曾正式申办，但最终不了了之。
 日本奥委会淘汰了福冈和札幌这两大内部候选城市。
 休斯敦和费城被美国奥委会淘汰，旧金山因失去体育场资助而撤回申办，洛杉矶输给了芝加哥。
 土耳其伊斯坦布尔打破其申办每一场比赛的一贯政策，发誓再试一次。
 葡萄牙里斯本考虑过申办。
 墨西哥奥委会否认蒙特雷提出申办。
 蒙特利尔和多伦多曾表达兴趣，但在温哥华赢得2010年冬季奥林匹克运动会后放弃了所有申办计划。
 肯尼亚体育部长表示内罗毕有申办的兴趣，但现在不是时候。
 意大利罗马曾是领先的候选城市，但后来宁愿等待2020年而撤出。
 /  圣地亚哥和蒂华纳曾讨论过联合申办第一届两个共同举办的奥运会。


预测指数 GameBids.com和Around the Rings两大网站专门从事奥运会申办城市的指数预测。他们定期分布对候选城市的分析，分别给出0-100和0-110的评分。得分所产生的数字用来将候选城市与过去成功的申办作比较，可能会评估出日后潜在的成功者。GamesBids.com的评分名为BidIndex，AtR的为Power Index。

两个指数都正确预测出赢家是里约热内卢，但未能预测到芝加哥的表现不佳，首个从四强名单中淘汰。马德里展现出强劲的实力，是里约的最终竞争者。


参考资料 外部链接 候选城市认可程序 (PDF). (IOC). May 16, 2007  [2015-04-30]. （原始内容存档 (PDF)于2015-09-24）. 
里约热内卢申请文件. (BOC). January 14, 2008  [2015-04-30]. （原始内容存档于2014-09-06）. 
马德里申请文件. (SOC). January 14, 2008  [2015-04-30]. （原始内容存档于2014-09-06）. 
东京申请文件. (JOC). January 14, 2008  [2015-04-30]. （原始内容存档于2014-09-06）. 
芝加哥申请文件. (USOC). January 14, 2008  [2015-04-30]. （原始内容存档于2014-09-06）. 
多哈申请文件. (QOC). January 14, 2008  [2015-04-30]. （原始内容存档于2014-09-07）. 
布拉格申请文件. (COC). January 14, 2008  [2015-04-30]. （原始内容存档于2014-09-06）. 
巴库申请文件. (AOC). January 14, 2008  [2015-04-30]. （原始内容存档于2014-09-07）. 
工作组报告 (PDF). (IOC). March 14, 2008  [2015-04-30]. （原始内容存档 (PDF)于2015-09-24）. 
资格候选程序和调查问卷 (PDF). (IOC). June 4, 2008  [2015-04-30]. （原始内容存档 (PDF)于2015-09-24）. 
里约热内卢资格候选文件. (BOC). February 12, 2009  [2015年4月30日]. （原始内容存档于2014年10月9日）. 
芝加哥资格候选文件. (USOC). February 12, 2009  [2015年4月30日]. （原始内容存档于2014年10月7日）. 
马德里资格候选文件. February 12, 2009  [2015年4月30日]. （原始内容存档于2014年10月8日）. 
东京资格候选文件. February 12, 2009  [2015年4月30日]. （原始内容存档于2014年10月7日）. 
评估委员会报告 (PDF). (IOC). September 2, 2009  [2015-04-30]. （原始内容存档 (PDF)于2015-04-12）.