第31屆夏季奧運會閉幕式周日晚於微雨下在巴西里約馬拉簡拿球場舉行。國際奧委會主席巴赫將奧運五環旗授予東京都知事小池百合子，標誌東京將於2020年舉辦下一屆奧運。巴赫讚揚今屆是一個精彩城市舉辦的精彩奧運，感謝所有里約市民。
璀璨的煙花為里約奧運閉幕禮序幕。跟開幕禮一樣，閉幕禮以音樂及嘉年華氣氛串起各部分，穿上鮮艷服飾的舞蹈員砌出里約熱內盧地標，包括耶穌像，也介紹里約的大自然景物，當然都是為了這個主題。
27名兒童代表巴西全國27個州及地區領唱國歌。之後是「運動員時間」，207隊代表隊，包括難民隊的代表一如以往的奧運不分先後一同進入球場，帶出奧運打破國界、友誼第一的精神。中國隊由乒乓女子單打金牌得主丁寧持旗。香港隊則由山地單車代表陳振興持旗。中途進行男子馬拉松頒獎儀式，金牌得主是肯尼亞跑手傑祖治。
國際奧委會主席巴赫在閉幕上致辭說：「這16天以來，巴西人在自己最艱難的時刻團結起來，用他們無法抗拒的歡樂鼓舞了大家。這是非凡之城舉辦的一屆非凡的奧運會，給後代們留下了獨一無二的奧運遺產。」
巴赫說，感謝所有運動員用體育團結全世界、發送和平訊息，巴赫也特別感謝今屆新一次參與的難民選手。
巴赫總結里約奧運會時指出，感謝里約的熱情款待，巴西在最艱難的時刻團結起來，用他們的歡樂鼓舞大家。里約奧運展示出的多元化，對所有人都是寶貴的財富。
最後，里約奧運閉幕禮進行奧運會旗交接儀式，里約熱內盧市長派斯先將旗幟交給國際奧委會主席巴赫，巴赫再傳給下屆主辦城市東京的代表、東京都知事小池百合子，象徵東京正式接棒，準備下屆奧運。穿上和服的小池百合子接過奧運會旗後，揮動旗幟，會場內的觀眾歡呼。
大會之後播放日本準備的片段「東京8分鐘」，日本人結合該國特色，融合動畫與高科技，現代感十足。首相安倍晉三更化身電玩人物超級馬里奧出現在舞台的通道上，相當具有創意。其後在電子音樂襯托下，一班大學運動員進行體操表演，舞台並投射出多個日本地標，包括富士山和東京鐵塔等。舞蹈完畢，賽場中央出現了「See you in Tokyo」(東京見)字樣，奧林匹克自此進入東京時間。巴西女歌手迪卡斯特羅其後演唱歌曲《雨中的玫瑰園》。在馬拉簡拿球場燃點的奧運聖火，在象徵生命泉源的人造雨水澆灌及歌聲下熄滅，象徵奧運圓滿結束。
場地中央就升起一棵由繩結編織成的樹，寓意重生，貫徹今屆奧運的保育主題。之後閉幕禮再以嘉年華會形式，用歌聲及舞蹈作為謝幕表演。
閉幕式前，馬拉簡拿體育場鄰區、媒體村等地突然停電，不過閉幕式仍準時展開。數以千計粉絲冒着強風和零星雨勢到體育場觀賞閉幕式。暴雨讓觀眾席坐不滿、座位空了一半。
總結獎牌榜，美國繼續成為「一哥」得到46金，英國得27金排第二，比第三的中國多一面金牌。
;){kind=small}
