La candidatura de Rio de Janeiro als Jocs Olímpics i Paralímpics de 2016 va ser presentada oficialment el 7 de setembre de 2007 amb l'enviament de la documentació exigida al Comitè Olímpic Internacional —COI. Una setmana després, l'organisme olímpic va reconèixer Rio com a ciutat aspirant. El 4 de juny de 2008, durant la Sisena Convenció del SportAccord celebrada a Atenes, Grècia, la Comissió Executiva del COI va descartar a Bakú, Doha i Praga i va crear la llista de ciutats candidates, composta per Rio, Chicago, Madrid i Tòquio.

L'1 de setembre de 2006, durant la seva assemblea anual, el Comitè Olímpic del Brasil —COB— va escollir a Rio de Janeiro com la seva ciutat candidata per organitzar els Jocs de la XXXI Olimpíada i els XV Jocs Paralímpics. Aquesta va ser la primera ocasió en què la ciutat va aconseguir passar a la fase de candidatura, després d'haver buscat en tres ocasions la seu d'uns Jocs Olímpics —1936, 2004 i 2012. El 14 de gener de 2008, es va lliurar l'Expedient de Sol·licitud al Grup de Treball del COI,que, després d'analitzar-ho, va qualificar amb 6,4 a la ciutat.

L'11 de febrer de 2009, Rio de Janeiro va presentar el seu Expedient de Candidatura. La Comissió d'Avaluació va arribar a la ciutat brasilera el 27 d'abril amb la finalitat d'analitzar l'expedient i avaluar la qualitat de la candidatura. Entre el 29 d'abril i el 2 de maig, la Comissió va assistir a presentacions tècniques i va realitzar inspeccions en totes les seus existents, donant una avaluació favorable en el seu informe final. El llarg i intensiu procés de candidatura va concloure amb l'elecció de Rio com a seu el 2 d'octubre de 2009, durant la 121a Sessió del COI, celebrada a Copenhaguen, Dinamarca. Amb l'elecció, Amèrica del Sud va rebre els Jocs Olímpics per primera vegada en la història.

El projecte de Rio va planejar organitzar uns Jocs amb un cost de 14,4 mil milions de dòlars, sent capaç de realitzar tots els esdeveniments esportius —excepte el futbol— dins de la ciutat. El projecte va establir quatre zones olímpiques —Barra, Copacabana, Deodoro i Maracaná— a més de seus per al golf i el rugbi, esports afegits al programa olímpic després de l'elecció. També va incloure, a més de Rio, Belo Horizonte, Brasília, Salvador de Badia, São Paulo com les seus del torneig de futbol. Les dates proposades van del 5 al 21 d'agost pels Jocs Olímpics i del 7 al 18 de setembre per als Paralímpics.

Procés de candidatura miniatura|esquerra|El Pa de Sucre va ser un símbol important de la candidatura i va formar part del logotip oficial. El procés de candidatura de Rio de Janeiro va començar el 28 de juliol de 2006, quan el Consell Executiu del Comitè Olímpic Brasiler —COB per les seves sigles en portuguès— es va reunir per considerar la possibilitat de nominar una ciutat brasilera per albergar els Jocs Olímpics i Paralímpics de 2016. Aquesta reunió va estar motivada pel fet que diverses ciutats de tot el món havien mostrat interès en l'elecció. Algunes fins i tot ja havien anunciat la seva intenció de presentar la seva candidatura. El 25 d'agost es va donar a conèixer una anàlisi tècnica encarregada pel COB, per avaluar les condicions de la ciutat. Al cap d'una setmana, l'1 de setembre, l'Assemblea Anual del COB va escollir Rio com a candidata. L'Assemblea va considerar que aquesta ciutat era l'única de Brasil i Amèrica del Sud que posseïa instal·lacions de nivell olímpic llestes per a una candidatura, llegat dels XV Jocs Panamericans. Un altre aspecte positiu va ser que Rio de Janeiro podria allotjar tots els esports olímpics dins dels límits de la ciutat, encara que el torneig de futbol olímpic fos celebrat en múltiples ciutats. Immediatament, el govern brasiler va expressar el seu suport a la candidatura. Carlos Arthur Nuzman, president del COB i César Maia, en aquells dies alcalde de la ciutat, van aprovar la decisió i van oficialitzar la candidatura.

El Comitè Olímpic Internacional —COI— va iniciar oficialment el procés de candidatura el 16 de maig de 2007. A continuació, els 203 Comitès Olímpics Nacionals —CON— van ser convidats a proposar una ciutat dins de la seva jurisdicció, amb data límit el 13 de setembre de 2007. El 14 de setembre, el COI va reconèixer set ciutats —Bakú, Chicago, Doha, Madrid, Praga, Rio de Janeiro i Tòquio— que havien estat proposades pels seus respectius AMB. L'1 d'octubre de 2007, el Comitè de Candidatura de Rio de Janeiro va pagar una quota de 150 000 dòlars al COI i va signar el Procediment d'Acceptació de Candidatura. Poc després, del 15 al 19 d'octubre, funcionaris de Rio van assistir al Seminari de Ciutats Candidates per 2016 organitzat pel COI en el Museu Olímpic de Lausana, Suïssa, on se'ls va instruir més sobre les àrees tècniques que s'analitzarien durant el procés de sol·licitud.

El 14 de gener de 2008, les set aspirants van lliurar documents coneguts com a «expedient de sol·licitud», que contenia les respostes i garanties sol·licitades pel Procediment d'Acceptació de Candidatura. Aquests documents van proporcionar al COI un resum del projecte de cada ciutat. El Grup de Treball del COI va estudiar les respostes durant mesos i aquestes van servir com a base per seleccionar a les ciutats candidates —Chicago, Tòquio, Rio de Janeiro i Madrid— el 4 de juny de 2008. Durant una reunió del Consell Executiu del COI en la 6a Convenció del SportAccord celebrada a Atenes, Grècia, aquestes ciutats van passar a ser Ciutats Candidates oficials.

Rio de Janeiro ja havia intentat celebrar uns Jocs Olímpics (1936, 2004 i 2012), no obstant això va fallar en totes les ocasions. No va aconseguir ser seleccionada com a Ciutat Candidata en els últims dos intents, mentre que el procés de 1936 no va seguir les normes actuals —13 ciutats van presentar la seva candidatura, emper solament dues d'elles —Barcelona i Berlín— van rebre vots en l'elecció. El 23 de juny de 2008, es va hissar la bandera oficial de la candidatura en el Palácio dona Cidade, en celebració del Dia Olímpic. El 3 de juliol, el Comitè de Candidatura de Rio de Janeiro va pagar una quota de 500 000 USD al COI i va signar el Procediment de Candidatura, reconfirmant la seva acceptació de les normes. Del 8 al 24 d'agost, funcionaris de Rio van participar en el Programa d'Observadors dels Jocs Olímpics, durant els Jocs Olímpics de Pequín 2008; van assistir també al debriefing oficial de COI sobre Pequín 2008, celebrat del 24 al 27 de novembre, a Londres, Regne Unit. L'11 de febrer de 2009, el Comitè de Candidatura de Rio de Janeiro va lliurar el seu Expedient de Candidatura al COI a Lausana i, vuit dies després, al Comitè Paralímpic Internacional —CPI— a Bonn, Alemanya. L'Expedient de Candidatura va constar de tres volums per a un total de 568 pàgines de respostes detallades a 300 preguntes tècniques, dividides en 17 temes. Finalment, el 17 de juny de 2009, el COI va organitzar la Sessió Informativa de Ciutats Candidates per 2016 a 93 dels seus membres. La reunió es va dur a terme en el Museu Olímpic i va ser la primera reunió d'aquest tipus en la història del COI i la més important abans de l'elecció. En la mateixa, representants de Rio van realitzar una presentació de 45 minuts i una sessió de 16 preguntes.

Al llarg de la campanya, el Comitè de Candidatura de Rio de Janeiro va presentar els seus plans a les Assemblees Generals de totes les Associacions de Comitès Olímpics Nacionals —ACNO. L'11 d'octubre de 2008, durant l'Assemblea General de l'Organització Esportiva Panamericana —ODEPA— celebrada a Acapulco, Mèxic, Rio va realitzar la seva primera presentació oficial. El 21 d'octubre es va presentar el projecte al Consell Olímpic d'Àsia —OCA— en Bali, Indonèsia, seguit pels Comitès Olímpics Europeus —COE— el 21 de novembre, a Istanbul, Turquia. El 26 de març de 2009, funcionaris de Rio van fer una presentació durant la 7a Convenció del SportAccord celebrada en Denver, Estats Units. En la convenció, es va presentar un mapa mundial de les anteriors ciutats amfitriones dels Jocs Olímpics, un punt afavoridor per a Rio de Janeiro a causa del buit a Sud-amèrica. El 31 de març de 2009, el Comitè de Candidatura de Rio de Janeiro va realitzar la seva presentació a l'Assemblea General dels Comitès Olímpics Nacionals d'Oceania —AMB— en Queenstown, Nova Zelanda, i el 7 de juliol, a l'Associació de Comitès Olímpics Nacionals d'Àfrica —ACONA— a Abuja, Nigèria. El Comitè va assistir també a molts esdeveniments esportius, per exemple els Festivals Olímpics de la Joventut Europeus i Australians, Jocs de la Mancomunitat de la Joventut, Jocs Asiàtics de la Joventut i els Jocs Mediterranis, així com els Campionats Mundials de natació, atletisme, rem i judo. El 2 d'octubre de 2009, la campanya de tres anys va culminar amb l'inici de la 121a Sessió del Comitè Olímpic Internacional i del 13è Congrés Olímpic celebrats a Copenhaguen, Dinamarca, oficialment inaugurats amb una cerimònia realitzada en l'Òpera de Copenhaguen. Després, Margarita II de Dinamarca va oferir un esmorzar en el Palau d'Amalienborg als caps d'Estat dels quatre països —Estats Units, Japó, Brasil i Espanya— que tenien una ciutat candidata.

Avaluació + Puntatges de la primera avaluació de Rio de JaneiroCriteriPonderacióNotaMínimaMàxima Suport governamental 2 7,3 8,8 Infraestrutura 5 5,3 7,2 Instal·lacions esportives 4 5,8 7,4 Vila Olímpica 3 6,0 7,7 Acomodació i xarxa hotelera 5 5,5 6,4 Impacte ambiental 2 5,6 7,6 Transport 3 5,5 7,5 Seguretat 3 4,6 7,0 Experiència en esdeveniments esportius 2 6,6 7,9 Economia 3 6,0 7,7 Visió general i llegats 3 5,5 8,0

Ciutat Aspirant Rio de Janeiro va ser avaluada durant la fase de Ciutat Aspirant, exactament el 14 de març de 2008, quan el Grup de Treball del COI va publicar el seu informe després de quatre dies de reunions. Rio va rebre una mitjana ponderada de 6,4. Es va basar en una minuciosa anàlisi tècnica dels projectes presentats en l'Expedient de sol·licitud, desenvolupat pel Comitè de Candidatura de Rio de Janeiro després de tenir accés a la base de dades de Gestió d'Informació dels Jocs Olímpics, així com al Manual Tècnic oficial del COI. El Grup de Treball, compost per diversos experts, va avaluar el potencial de la ciutat per organitzar uns Jocs Olímpics reeixits segons onze criteris presentats en l'Expedient de sol·licitud. Les puntuacions més altes de Rio es van obtenir a les àrees de Suport governamental, problemes legals i opinió pública, gràcies al fort compromís del govern. La puntuació més baixa es va obtenir a l'àrea de Seguretat a causa de problemes crònics de violència a la ciutat.

L'experiència en esdeveniments importants va ser un punt a favor per a la candidatura de Rio, no obstant això, l'escassetat d'habitacions d'hotel requerides va soscavar la candidatura en el tema d'allotjament. Les puntuacions donades pel Grup de Treball a les altres aspirants van ser: 8,3 a Tòquio, 8,1 a Madrid, 7,0 a Chicago, 6,9 a Doha, 5,3 a Praga i 4,3 a Bakú; això va ser la base per a la selecció de la ciutat que passarien a la fase de Ciutat Candidata. El 18 de setembre de 2008, després de la selecció de les ciutats candidates, la qual cosa va donar inici a la següent fase del procés de candidatura, el COI va anunciar la composició de la seva Comissió d'Avaluació. Sota el lideratge de Nawal El Moutawakel, la comissió va inspeccionar les quatre ciutats candidates.

Ciutat Candidata