Além da Floresta da Tijuca, onde fica o Pico da Tijuca, segundo ponto culminante da cidade, com 1022 metros de altitude, perdendo apenas para o Pico da Pedra Branca, com 1024 metros e situado em Bangu, o parque compreende a Serra da Carioca, o Morro do Corcovado, a Pedra Bonita, a Agulhinha da Gávea e a Pedra da Gávea.

Possui também uma grande área de recreação, onde é possível fazer caminhadas, piqueniques, excursões, escaladas, ou simplesmente usufruir o silêncio, o ar puro e a temperatura amena, em plena metrópole tropical.

A floresta original foi quase inteiramente destruída ao longo do tempo, com a retirada de madeira para construção, lenha e carvão, e pelo avanço das lavouras da cana-de-açúcar e do café. Apenas os locais mais remotos e inacessíveis conseguiram manter preservada sua cobertura vegetal.

Em 1844, agravou-se na cidade o problema crônico da escassez de água, levando o Imperador Pedro II, a emitir ordens expressas para que a polícia imperial agisse com rigor contra os desmatamentos. O poder dos cafeicultores, no entanto, resistia impavidamente às leis vigentes.

A única forma eficaz de salvar os mananciais da região, foi desapropriar todas as terras, sítios e fazendas e desenvolver um ousado e ambicioso projeto de reflorestamento, nunca antes realizado na América Latina. A partir de 1854, o Visconde de Bom Retiro deu início às desapropriações e, em 1861, foram criadas, através do Decreto Imperial 577, a Floresta da Tijuca e a Floresta das Paineiras. O primeiro administrador foi o Major Gomes Archer, que tirou de sua própria fazenda, no maciço da Pedra Branca, as mudas para o replante.

Estima-se que cerca de cem mil árvores, principalmente espécies nativas da Mata Atlântica, tenham sido plantadas, inicialmente por 6 escravos e, mais tarde, por 22 trabalhadores assalariados, durante13 anos.

O segundo administrador foi o Barão Gastão de Escragnolle, que, de 1874 a 1888, inseriu outras 30 mil mudas, com algumas espécies exóticas e uma preocupação mais paisagística, transformando a floresta em um parque para uso público. Com auxílio do paisagista francês Augusto Glaziou, o Barão promoveu o embelezamento do local, criando pontes, lagos fontes e áreas de lazer.

Durante os primeiros anos da República, o parque ficou praticamente esquecido. Em 1920, para recepcionar o Rei Alberto da Bélgica, aficionado por montanhismo, a trilha para o Pico da Tijuca foi restaurada, degraus foram escavados na rocha e correntes de ferro fixadas para servir de apoio. De 1943 a 1946, o empresário, mecenas e colecionador Raymundo Ottoni de Castro Maya recuperou a floresta, recebendo um pagamento simbólico (1 cruzeiro ao ano) por sua administração.

Em parceria com o arquiteto Vladimir Alves de Souza e com o paisagista Roberto Burle Marx, Castro Maya introduziu obras de arte e ergueu novas edificações e recantos, incluindo restaurantes e sanitários.