同日、リオ中心部にあるマラカナンスタジアムで開会式が行われた。

総合演出を手掛けたのは、ブラジルを代表する映画監督のフェルナンド・メイレレス氏。大規模なプロジェクションマッピングを使い、ブラジルの大地に生命が誕生した様子から、アマゾンの熱帯雨林、ヨーロッパ文化の流入、奴隷制の歴史、都市の興隆など、さまざまな人種と文化の衝突と融合を見せることで、多民族国家ブラジルを表現した。

中でもビルが次々に建設されていくシーンでの、プロジェクションマッピングとパフォーマーの連動や、飛行機がスタジアムを離陸し、リオの上空を夜間飛行する演出は圧巻だった。また、日本を象徴する舞踊も行われ、ブラジルにおける日系社会の影響力の大きさがうかがえた。

ミシェル･テメル大統領代行が開会宣言を行い、聖火がスタジアムに到着した。最終ランナーは、2004年アテネ大会･男子マラソンで銅メダルを獲得したバンデルレイ・デリマ氏。

点火された聖火は上方へとつり上げられ、太陽をイメージしたオブジェの前に設置された。最後は多数の花火が打ち上げられ、スタジアム全体がさまざまな色彩に包まれて華やかなフィナーレを迎えた。

式に出席した、東京オリンピック･パラリンピック競技大会組織委員会の森喜朗会長は「リオ大会の開幕を心から祝福し、関係者の熱意と苦労に深い敬意を表する。期間中、世界中から集まった選手の素晴らしい熱戦に期待している。組織委もリオから多くを学び、2020年東京大会の成功に向けた準備に生かしたい」とコメントを発表した。