Río de Janeiro está en el margen occidental de la Bahía de Guanabara, que abarca el terreno existente entre Copacabana e Itaipú, y algunas de sus islas, como Gobernador y Paquetá.
Está en un terreno llano, rodeada de montañas y colinas. La ciudad ocupa 1182,3 km².
La Sierra del Mar se encuentra en el noroeste de Río, en el borde atlántico de la planicie, a unos 40 kms de la costa.
Los principales cerros son: Parque Nacional de Tijuca (1.022 mts), Bico do Papagaio (975 mts), Andaraí (900 mts), Pedra de la Gávea (842 mts), Corcovado (704 mts), Dois Irmãos (533 mts) y Pan de Azúcar (395 mts).
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