Biểu trưng tạo hình hình ngọn lửa Olympic và các ngôi sao năm màu ở nửa trên trong khi nửa dưới tượng trưng cho lễ kỷ niệm 100 năm Thế vận hội hiện đại.

Biểu tượng này bao gồm ba chiếc boomerang, biểu tượng được công nhận rộng rãi của Thổ dân Úc, các chấm và vòng tròn gợi nhớ đến những tảng đá ở vùng hẻo lánh của Úc và đường viền của Nhà hát Opera Sydney, biểu thị ngọn đuốc và vệt khói, tượng trưng cho Cuộc rước đuốc Olympic.

Logo dựa trên vòng hoa ô liu, giải thưởng dành cho người chiến thắng tại Thế vận hội thời kỳ đầu trên nền hình vuông lấy cảm hứng từ biển và bầu trời Hy Lạp

Biểu tượng mô tả lại ký tự trong tiếng Trung Quốc 'jing' (京) trên nền đỏ, được cách điệu để trông giống như một người đang nhảy múa hoặc đang chạy. Ký tự 'jing' là nửa sau của tên Bắc Kinh (Beijing), có nghĩa là 'thủ đô' đồng thời cũng gần giống với ký tự 'wen' (文), có nghĩa là 'Thế vận hội Nhân văn'

Nhãn hiệu được hình thành bởi các chữ số của năm theo kiểu trừu tượng bắt chước hình dáng con người. Hai chữ số trên cùng đóng vai trò là nơi chứa tên thành phố và các vòng tròn Olympic. Toàn bộ biểu tượng được giới thiệu với các màu hồng, xanh lam, xanh lá cây và cam, cùng với các biến thể khác được bổ sung theo thời gian trong cùng một khuôn khổ. Đây là trường hợp đầu tiên biểu tượng Thế vận hội Olympic và Paralympic có hình dạng giống nhau, mặc dù biểu tượng Paralympic có hoa văn phù hợp với các yếu tố thương hiệu của sự kiện

Ba hình dạng con người đang ôm nhau được tạo hình thành dãy núi Sugarloaf nổi tiếng ở Rio de Janeiro, thể hiện sự đoàn kết trên nền màu sắc lấy từ thiên nhiên trù phú của Brazil. Hình dáng có đường cong khác thường có khả năng truyền tải nhiều thông điệp đến người xem; vô cực, tình yêu, niềm đam mê, lễ kỷ niệm, Vòng tròn Olympic, năng lượng, thậm chí từ 'Rio' cũng có thể được đánh vần bằng logo.

Biểu trưng sử dụng họa tiết 'ichimatsu moyou' (caro) phổ biến trong văn hóa Nhật Bản thời Edo. Mỗi khối đại diện cho một quốc gia với kích thước tượng trưng cho quy mô tuy nhiên gắn kết tạo thành vòng tròn.

Biểu tượng được thiết kế dựa trên 3 hình tượng: Huy chương vàng Olympic, Ngọn đuốc và hình ảnh Nàng Marianne (đại diện cho nền Cộng hòa Pháp)