Segundo a lenda, após a chegada dos espanhóis à região da Copacabana boliviana, Nossa Senhora teria aparecido no local para Francisco Tito Yupanqui, um jovem pescador, que, em sua homenagem, teria esculpido uma imagem da santa que ficou conhecida como Nossa Senhora de Copacabana: a Virgem vestida de dourado pousada sobre uma meia-lua. No século XVII, comerciantes bolivianos e peruanos de prata (chamados na época de "peruleiros") trouxeram uma réplica dessa imagem para a praia do Rio de Janeiro então chamada de Sacopenapã (nome tupi que significa "caminho de socós"). Sobre um rochedo dessa praia, construíram uma capela em homenagem à santa. Tal capela, com o tempo, passou a designar a praia e o bairro e demolida em 1918, para ser erguido, em seu lugar, o atual Forte de Copacabana.[1]

Outra vertente da história é confirmado por historiadores que relatam que a Igrejinha de Copacabana, que batizou o bairro e a praia (que na época se chamava "Sacopenapã"), foi construída por pescadores no início do século XVIII em homenagem a Nossa Senhora de Copacabana. A imagem de Nuestra Señora de Copacabana, que ficava na igreja, foi trazido da Bolívia no final do século XVIII. Com a demolição do pequeno templo em 1918, foi transladada para a matriz do bairro. A mesma imagem retornou para a nova Igrejinha de Copacabana, no Posto 6 junto ao Forte, em 8 de dezembro de 1953, quando o novo templo ainda era construído.[2][3][4]

No final do século XIX e início do século XX, com o desenvolvimento de sistemas de saneamento mais avançados, as praias da cidade puderam ser limpas, adquirindo valor e tornando-se objeto da procura pelas camadas de mais alta renda.[5] Com a chegada dos bondes e a abertura de vários túneis ligando a praia ao centro da cidade, esta começou a ser mais frequentada pela população.[6]

Segundo o mesmo dicionário acima citado, o doutor Figueiredo Magalhães, médico de renome e residente no bairro, o recomendava a pessoas convalescentes, para repouso e, assim, cresceu o número de seus habitantes. Entretanto, somente com a inauguração de um túnel no Morro de Vila Rica (Túnel Velho), em 6 de julho de 1892, pela Companhia Ferro-Carril do Jardim Botânico (atual Light), na pessoa do deputado José Cupertino Coelho Cintra, dito "o Bandeirante de Copacabana", entre Copacabana e Botafogo, o bairro começou a se integrar ao resto da cidade. Entre os cinco acionistas da Companhia Ferro-Carril do Jardim Botânico se encontra o 1º Conde de Wilson, Edward Pellew Wilson Júnior.[carece de fontes?]

O segundo Barão de Ipanema, José Antônio Moreira Filho, era um grande proprietário de terras na região do atual bairro de Copacabana. Em sociedade com José Luís Guimarães Caipora, teve um papel importante na urbanização da área com a construção da maioria de seus logradouros. José Antônio Moreira Filho foi o responsável pela urbanização da Vila de Ipanema que deu origem ao bairro do mesmo nome.[7] Entre 1908 e 1914, a Igreja de Nossa Senhora de Copacabana, no final da praia, foi demolida para dar lugar ao atual Forte de Copacabana.[carece de fontes?]

Com a ampliação das linhas de bonde até o Forte do Leme e à Igreja de Nossa Senhora de Copacabana (onde hoje fica o Forte de Copacabana), o bairro foi ganhando ruas e casas, fator acentuado ainda mais com a inauguração da Avenida Atlântica em 1906, na orla do bairro. O desenho em curvas de sua calçada em padrão mar largo, simulando as ondas do mar, é conhecido no mundo todo. Foi, originalmente, concebido no século XIX, nas calçadas da Praça de Dom Pedro IV, mais conhecida como Praça do Rossio, em Lisboa, em Portugal, para homenagear o encontro das águas doces do Rio Tejo com o Oceano Atlântico, e implantado em 1901 no Largo de São Sebastião, em Manaus, pelos calçadeiros portugueses, em comemoração à Abertura dos Portos do Rio Amazonas (embora esta calçada já estivesse planejada desde a década de 1880, quando o Teatro Amazonas, concluído em 1896, começou a ser pensado). Inicialmente, as ondas tinham orientação perpendicular em relação ao comprimento da calçada. Foram confeccionadas com pedras pretas (de basalto) e brancas (de calcita). Como as pedras vieram, inicialmente, das cercanias de Lisboa, elas receberam o nome popular de "pedras portuguesas", denominação que se mantém até hoje, apesar de elas já serem extraídas no próprio Brasil, atualmente. No final da década de 1910, surgiram os primeiros postos de salvamento na praia.[8]

Em 5 de julho de 1922, a calçada da Praia de Copacabana foi palco de um evento marcante da história do país: a marcha dos dezoito revoltosos do Forte de Copacabana, que percorreram toda a extensão da praia desde o Forte de Copacabana até o Forte do Leme, para enfrentar as forças legalistas, no episódio que ficou conhecido como a Revolta do Forte de Copacabana. Em 13 de agosto de 1923, foi inaugurado o Hotel Copacabana Palace, em frente à praia. Desde então, o hotel tornou-se um símbolo da cidade. No decorrer das décadas de 1930, 1940 e 1950, a praia viveu seu período áureo, quando tornou-se a praia mais frequentada da cidade, suplantando a Praia do Flamengo e recebendo a alcunha de "princesinha do mar".[9]

 Arena Copacabana durante o Jogos Olímpicos de Verão de 2016.

Na década de 1970, também foi realizado, pela Superintendência de Urbanização e Saneamento (SURSAN), através de dragas nacionais (draga STER) e holandesas (draga TRANSMUNDUM III), um grande aterro hidráulico, comandado pelo engenheiro Hildebrando de Góes Filho, presidente da Companhia Brasileira de Dragagens, que ampliou a área de areia da praia e cujos objetivos principais eram: a ampliação da área de lazer (shows, arenas de vôlei e futebol de praia etc.), o alargamento das pistas da Avenida Atlântica, a passagem por baixo do calçadão central do interceptor oceânico (tubulação que transporta todo o esgoto da Zona Sul até o emissário de Ipanema) e, ainda, para evitar que as ressacas chegassem até a Avenida Nossa Senhora de Copacabana e invadissem as garagens dos edifícios da Avenida Atlântica, como era comum, sendo que as mais fortes chegavam mesmo até a Avenida Nossa Senhora de Copacabana. Os estudos em modelos físicos hidráulicos desta ampliação foram realizados no Laboratório Nacional de Engenharia Civil, em Lisboa. Nesses modelos, em Lisboa, trabalharam os engenheiros portugueses Fernando Maria Manzanares Abecasis, Veiga da Cunha, Antonio Pires Castanho e Daniel Vera-Cruz e o engenheiro brasileiro Jorge Paes Rios. Posteriormente, foram construídos, na orla, uma ciclovia e alguns quiosques para atendimento ao público.[carece de fontes?]

 Estátua de Carlos Drummond de Andrade em cena do filme Copacabana Madureira.

Em 2002, foi-se instalado na altura do Posto 6 uma estátua em homenagem ao poeta Carlos Drummond de Andrade. Pesando cerca de 150 quilos, a estátua se tornou mais um símbolo icônico do bairro, com Drummond sentado de pernas cruzadas de costas para o mar e o horizonte da praia de Copacabana.[10][carece de fonte melhor]

De 23 a 28 de julho de 2013, a praia de Copacabana sediou todos os eventos centrais da Jornada Mundial da Juventude de 2013. Os eventos realizados na praia foram a missa de abertura, a acolhida ao Papa Francisco, a Via-Sacra, a Vigília e a missa de envio com o Papa, na qual compareceram 3,8 milhões de fiéis, tornando a Jornada Mundial da Juventude do Rio de Janeiro a segunda maior da história das Jornadas. Nos Jogos Olímpicos de 2016, a praia sediou as competições de vôlei de praia, maratona aquática e triatlo.[carece de fontes?]

Desde 2018, o calçadão da praia de Copacabana também se tornou cenário de manifestações da extrema-direita.[11]