Die Stadt beherbergt verschiedene Museen (zum Beispiel das „Museu Paço Imperial“ und das „Museu do Indio“). Das „Museu Chácara do Céu“ zeigt Werke Pablo Picassos und anderer moderner Meister wie Henri Matisse, Amedeo Modigliani und Claude Monet. Das „Museu Histórico Nacional“ ist eines der wenigen noch erhaltenen Bauwerke des 16. Jahrhunderts. Es widmet sich der brasilianischen Geschichte und zeigt Möbel und andere Gegenstände aus der Kolonialzeit Brasiliens.
Im Stadtviertel Catete südlich vom Stadtzentrum befindet sich nahe der U-Bahnstation „Catete“ das „Museu da República“. Nicht zu vergessen ist noch das „Museu Nacional do Brasil“ im nördlichen Teil der Stadt. Das 1938 eröffnete „Museu Nacional de Belas Artes“ (Nationalmuseum der Schönen Künste) im Zentrum der Stadt beherbergt eine bedeutende Sammlung brasilianischer Kunst des 19. und 20. Jahrhunderts sowie italienischer und französischer Meister des 17. bis 19. Jahrhunderts.
Sehenswert ist auch das „Museu de Arte Moderna“, kurz MAM, das der bekannte brasilianische Architekt Affonso Eduardo Reidy geplant hat. Das MAM besitzt Ausstellungsstücke moderner brasilianischer Kunst und zur Geschichte des Kinos. Nach der Brandkatastrophe im Jahre 1978 konnte die Sammlung durch verschiedene Schenkungen und Ankäufe wieder aufgebaut werden. Seit 1993 befindet sich im Museum auch die Sammlung des Kunstförderers Gilberto Chateaubriand.
Im Museum der Kunstschule „Dom João VI.“ befinden sich Werke und Dokumente der brasilianischen Kunstproduktion des 19. und 20. Jahrhunderts, vor allem aus Rio de Janeiro, aber auch europäische Kunst. Das „Museu Castro Maya“ beherbergt Sammlungen von Raymundo Ottoni de Castro Maya (1894-1968) in zwei Einrichtungen: im „Museu do Açude“ (dekorative Künste) und im „Chácara do Céu“, Museum für brasilianische Kunst und Ikonografie.