Als sich 1822, nach der Rückkehr des portugiesischen Hofes nach Portugal, Brasilien unter dem Prinzen Dom Pedro de Alcântara zu einem unabhängigen Kaiserreich erklärte, behielt Rio de Janeiro den Status als Hauptstadt, in welcher der Prinz nun als Kaiser Pedro I. residierte. Aufgrund von Thronfolgestreitigkeiten in Portugal und innenpolitischen Problemen in Brasilien dankte er 1831 ab und ließ seinen minderjährigen Sohn zurück. Dieser bestieg als Dom Pedro II. im Jahre 1840 den Thron. Er initiierte u. a. den Bau einer Eisenbahn, deren erster Abschnitt 1858 in Rio de Janeiro eröffnet wurde.
Auch als 1889 Brasilien nach einem Militärputsch zur Republik wurde, blieb Rio de Janeiro Hauptstadt. In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts erlebte Rio de Janeiro eine gesellschaftliche Blüte, da die Stadt für Filmstars und die internationale High Society zum Anlaufpunkt wurde. In diese Zeit fällt auch die Entstehung des brasilianischen Jazz Bossa Nova, der durch Lieder wie zum Beispiel [[Garota de Ipanema/The Girl from Ipanema, gesungen von Antônio Carlos Jobim, weltberühmt wurde.
Durch das Aufkommen des Massentourismus in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts hat sich insbesondere das Bild der strandnahen Stadtteile stark verändert, das heute vor allem durch zahlreiche Hotels geprägt ist, während die vom Meer weiter entfernteren Stadtteile vor allem durch die zunehmende Verslumung geprägt wurden.
Erst 1960 verlor Rio de Janeiro den Status als Hauptstadt an die unter Juscelino Kubitschek neu gebaute Stadt Brasilia. Gleichzeitig wurde die Stadt Rio de Janeiro zum eigenständigen Stadtstaat Guanabara, der 1975 mit dem Bundesstaat Rio de Janeiro zusammengeführt wurde. Die Stadt wurde dabei zur Hauptstadt des neuen Bundesstaates. Internationale politische Beachtung errang die Stadt nochmals 1992 als dort der UN-Umweltgipfel abgehalten wurde.