La badia és la resultant d'una depressió tectònica formada en el Cenozoic, entre dos blocs de la falla geològica, l'anomenada Serra dels Òrgans i diversos massissos costaners més petits. Constitueix la segona major badia, en extensió del litoral brasiler, amb una àrea d'aproximadament 380 km².
Les profunditats mitjanes a la badia són de 3 metres en l'àrea del fons, 8,3 metres a l'altura del Pont Rio-Niterói i de 17 metres en el canal d'entrada de la barra.A l'àrea del fons, on desenboquen la major part dels rius, l'acumulació de sediments constitueix manglars, envoltats per la vegetació pròpia de la Mata Atlàntica.
Illes a la badia
Ilha d'Água
Ilha da Boa Viagem
Ilha da Conceição
Ilha da Laje
Ilha das Cobras
Ilha das Enxadas
Ilha das Flores (ilhas do Engenho, Ananases, Mexinguira i Carvalho)