El clima es tropical atlántico, con veranos cálidos e invierno suaves. Las temperaturas máximas pueden subir hasta más de 35 grados y ocasionalmente superan los 40 grados en zonas interiores de la ciudad. En las principales zonas turísticas la temperatura se modera por la brisa fresca proveniente del océano. Los meses más calurosos son diciembre y enero. La temperatura máxima registrada fue de 43,8 grados en enero de 1984. Los meses más fríos son junio y julio, normalmente con media de 18-27 °C. La temperatura más baja registrada fue de 4,8 grados en julio de 1928. Las precipitaciones están bastante divididas entre el verano y el invierno, pero es ligeramente superior durante el primer semestre del año, cuando dominan los vientos del sur.

Vista desde el Pan de Azúcar. A la izquierda, Copacabana; a la derecha, Botafogo.