I areal er bukten den nest største i Brasil, med sine 412 km². Omkretsen er 143 km. Guanabarabukten er 31 km lang og 28 km bred på det meste. Munningen ut mot Atlanterhavet er 1,5 km bred. På nordsiden av munningen er fjellet Pico do Papagaio (Papegøyetinden) og på sørsiden ligger Pão de Açúcar (Sukkertoppen). Det er over 130 øyer i bukten.