Man talar också om andra kränkningar av de mänskliga rättigheterna, däribland "våldsräder i hus, tortyr och misshandel".
Det står att säkerhetsstyrkorna påstås vara ansvariga för minst 46 dödsfall som inträffat i samband med protestrelaterat våld.
Resultaten är baserade på intervjuer.
I ett uttalande som offentliggjordes på tisdagen sägs det att " i avsaknad av svar från de venezuelanska myndigheterna på begäran om tillgång till handlingar utplacerade FN:s högkommissarie för mänskliga rättigheter Zeid Ra'ad Al Hussein ett team av tjänstemän för mänskliga rättigheter för att utföra en avlägsen övervakning av situationen för de mänskliga rättigheterna i landet ".
FN:s team för mänskliga rättigheter genomförde intervjuer på distans eftersom dess begäran om tillgång inte besvarades av de venezuelanska myndigheterna.
Vittnena berättade för FN att de venezuelanska säkerhetsstyrkorna hade avfyrat tårgas och hagel utan förvarning.
"Säkerhetsstyrkor har enligt uppgift också använt dödligt våld mot demonstranter", sägs det i uttalandet.
– Sedan demonstrationsvågen började i april har det funnits ett tydligt mönster av överdrivet våld mot demonstranter. Flera tusen personer har godtyckligt fängslats, många har enligt uppgift utsatts för misshandel och till och med tortyr, medan flera hundra har ställts inför militära domstolar snarare än civila domstolar," sade Hussein.
Han påpekade att "vissa grupper av demonstranter också har tillgripit våld, med attacker som rapporterats mot säkerhetsofficerare".
FN:s grupp för mänskliga rättigheter sade att uppskattningarna tydde på att mer än 5 000 personer hade fängslats godtyckligt mellan den 1 april, när protesterna började, och den 31 juli.
Den höge kommissionsledamoten uppmanade de venezuelanska myndigheterna att omedelbart upphöra med den överdrivna användningen av våld mot demonstranter, att stoppa godtyckliga frihetsberövanden och att frige alla dessa godtyckligt fängslade.
Strax efter det att rapporten hade kommit, beordrade Venezuelas högsta domstol att oppositionsborgarinnan Ramón Muchacho skulle gripas.
Domstolen hade dömt honom till 15 månaders fängelse och spärrat in honom från ämbetet under de tidiga tisdagstimmarna.
Domstolen sade att Ramón Muchacho hade misslyckats med att förhindra att barrikader restes under protester mot regeringen som hölls i Chacao, det oppositionsfästen han styr.
Efter en niotimmarsdebatt fann Högsta domstolen Muchacho, 44 år, skyldig till underlåtenhet att verkställa ett domstolsbeslut om att förhindra blockering av vägar.
Chacao har varit ett av kvarteren i huvudstaden, Caracas, i centrum för protester mot regeringen som har svept genom Venezuela under de senaste fyra månaderna.
Det är en samlingsplats för demonstrationer och dess vägar blockeras ofta av "Trancones", blockader som organiseras av oppositionen för att visa sitt förkastande av regeringen.
Den 24 maj, efter åtta veckors protester mot regeringen, beordrade Högsta domstolen Muchacho och sju andra borgmästare att förhindra att barrikader uppfördes, och där vägar hade blockerats, att avlägsna hindren.
Domstolen varnade för att om borgmästarna inte följde ordern, skulle de kunna ställas inför mellan sex och 15 månaders fängelse.
Förutom Muchacho har tre andra oppositionsborgmästare också befunnits skyldiga för att de inte har förhindrat att barrikader uppförs.
FN:s kontor för mänskliga rättigheter har varnat för att "bredt och systematiskt bruk av överdrivet våld" används mot demonstranter i Venezuela.