Entsprechend dem Vertrag von Tordesillas erhoben die Portugiesen Anspruch auf das 1500 entdeckte Gebiet des heutigen Brasiliens, der aber von den Franzosen nicht anerkannt wurde, die daraufhin 1555 auf der Ilha do Serigipe vor der Küste des heutigen Rio de Janeiro unter Admiral de Villegaignon das Fort Coligny gründeten; das von hier aus kontrollierte Gebiet nannten sie France Antarctique. An der gegenüberliegenden Küste gründete de Villegaignon dann die Siedlung "Henryville". Zu jener Zeit lebten in dieser Region Tupi-Indianer der Stämme der Tamoios und Tupinambás, mit denen die Franzosen sich verbündeten. Erst zehn Jahre später, 1565, wurden die Franzosen durch die Portugiesen von dort vertrieben, die daraufhin am heutigen Morro do Castelo die Stadt São Sebastião do Rio de Janeiro gründeten.
1680 wurde Rio de Janeiro Hauptstadt der südlichen Regionen Brasiliens; zu dieser Zeit war die Siedlung mit rund 4.000 Einwohnern eine der wichtigsten portugiesischen Stützpunkte auf brasilianischem Gebiet. Seit 1700 entwickelte sich Rio de Janeiro zur wichtigsten Hafenstadt in Brasilien, vor allem ausgelöst durch Goldfunde in der benachbarten Region Minas Gerais.
Obwohl die Stadt 1710/1711 von den Franzosen angegriffen und besetzt wurde und nur gegen ein hohes Lösegeld den Abzug der Franzosen erreichen konnte, erholte sie sich in den nachfolgenden Jahren rasch und wurde 1763 zur Hauptstadt des Vizekönigreiches Brasilien. Einen weiteren Bedeutungsgewinn erfuhr Rio de Janeiro 1808, als der portugiesische Hof nach dem Angriff Napoleons auf Portugal dorthin flüchtete.
Im Zuge dessen wurden viele koloniale Restriktionen aufgehoben, wodurch die wirtschaftliche Entwicklung stark gefördert und eine Bevölkerungsexplosion ausgelöst wurde, die bis in die 1980er Jahre anhielt. Innerhalb von knapp hundert Jahren stieg die Bevölkerungszahl der Stadt auf über 500.000 Einwohner (1891) an und erreichte bis 1980 circa fünf Millionen.