Selve byen Rio de Janeiro ble grunnlagt av portugiserne 1. mars 1565 under ledelse av Estácio de Sá (1520–67) og fikk navnet til ære for St. Sebastian, navnebror til og skytshelgen for den daværende portugisiske monarken Sebastião I. var navnet på Guanabarabukten. Byen ble grunnlagt som en base for å forberede en invasjon av den franske bosetningen, noe som ble gjort i 1567. Inntil tidlig i det 18. århundre ble byen truet eller invadert av flere, for det meste franskmenn, pirater og buccaneerer. Rio ble grunnlagt ved foten av Sukkertoppen, og senere flyttet innenfor et festningsverk på en høyde i tradisjon med europeisk forsvarstaktikk, i et område som fikk navnet («slottshøyden»). Byen utviklet seg fra dagens sentrum, først mot sør og så mot vest. Denne byutviklingen har fortsatt fram til i dag.