O complexo incluiu nove espaços esportivos na Zona Oeste do Rio de Janeiro, sendo que sete deles são estruturas permanentes. Com o fim dos jogos, a Arena Carioca 3 deve se tornar uma escola de esportes, enquanto os outros seis locais farão parte do Centro Olímpico de Treinamento.[40][41]
Uma parte do Cidade dos Esportes que foi originalmente construída para sediar os Jogos Pan-Americanos de 2007, foi reutilizada, sendo composto pelo Parque Aquático Maria Lenk, Velódromo Olímpico do Rio e a Arena Olímpica do Rio, que no ano seguinte foi privatizada, tornando-se a HSBC Arena. Em agosto de 2011, foi divulgado o escritório de arquitetura britânico Estúdio Aecom como responsável pelo projeto.[42]
O centro histórico da cidade passou por um projeto de revitalização urbana em grande escala chamado "Porto Maravilha". Ele abrange 5 quilômetros quadrados de área. O projeto visa a reestruturação a zona portuária do Rio de Janeiro, com a crescente atratividade do centro da cidade, e melhorar a posição de competitividade da cidade na economia global. A chamada "Região Portuária" (parte do Caju, Gamboa, Saúde, Santo Cristo e parte do Centro), que sofreu grande degradação a partir dos anos 1960 por falta de incentivo às indústrias e residências na região.[43]
Durante os Jogos, a Zona Portuária do Rio de Janeiro ofereceu ao público diversas atrações no "Boulevard Olímpico". O evento foi realizado no trecho entre a Gamboa e a Praça XV, pela orla. No local, o público acompanhou programações diárias com a transmissão de provas olímpicas ao vivo, programas culturais e apresentações de diversos artistas.[44]
A renovação urbana envolveu ainda: 700 km de redes públicas de abastecimento de água, saneamento, drenagem, eletricidade, gás e telecomunicações; 4 km de túneis; 70 km de estradas; 650 km² de calçadas; 17 km de ciclovias; 15 mil árvores e três estações de tratamento de esgoto.[45]
Quatro cidades, que também foram subsedes da Copa do Mundo FIFA de 2014, foram originalmente designadas a receber as partidas preliminares do futebol.[48] Inicialmente o Estádio do Morumbi foi designado como sede em São Paulo, mas com a construção da Arena Corinthians para a Copa do Mundo, este foi substituído para as Olimpíadas.[49][50]
Em 2015, o Comitê Organizador solicitou a inclusão de Manaus com subsede, cidade que também sediou jogos na Copa do Mundo de 2014, apesar da resistência inicial por parte da Federação Internacional de Futebol por questões de logística.[51][52] Porém, em março de 2015 a FIFA confirmou que o torneio de futebol seria disputado nas quatro cidades originais, além de Manaus e do Estádio Olímpico João Havelange, no próprio Rio de Janeiro, que na segunda semana dos jogos sediaria o atletismo, totalizando sete estádios em seis cidades.[53]
O processo de escolha do logotipo dos Jogos Olímpicos de 2016 reuniu 138 agências brasileiras. Na reta final, apenas oito continuaram no páreo.[54] Após passar pelo crivo de uma comissão julgadora de 12 membros, o desenho criado pela agência carioca Tátil foi o vencedor.[54]
O lançamento do logotipo ocorreu no dia 31 de dezembro de 2010 na festa de reveillon, em Copacabana.[54] Às 22 horas, a cantora Daniela Mercury chamou ao palco da festa a campeã olímpica Maurren Maggi e outros atletas para juntos revelarem a logomarca.[54] Estiveram presentes na festa, assistindo de camarote o presidente do COI (Comitê Olímpico Internacional), Jacques Rogge, o presidente do COB (Comitê Olímpico Brasileiro), Carlos Artur Nuzman, o prefeito da cidade do Rio de Janeiro, Eduardo Paes, o ex-ministro dos esportes, Orlando Silva e a coordenadora da comissão do COI, Nawal El Moutawakel.[55]