As regiões costeiras destacam-se como áreas preferenciais para a acumulação de compostos orgânicos e inorgânicos, provenientes de fontes autóctones e alóctones. A dinâmica desses sistemas aquáticos é marcada pela interação e processamento de materiais que se acumulam nos sedimentos, fornecendo registros valiosos sobre a evolução das condições ambientais ao longo do tempo. A intervenção humana, aliada às mudanças climáticas, tem acelerado a degradação desses ambientes em escala global. Transformações no uso e cobertura da terra intensificam alterações estruturais e funcionais nos ecossistemas costeiros. Nesse contexto, áreas preservadas representam valiosos laboratórios naturais para investigar os impactos regionais e globais das mudanças climáticas em sinergia com as atividades antrópicas. Objetiva-se com este trabalho investigar as mudanças ambientais e antrópicas em um ambiente relativamente preservado (Saco do Mamanguá, Paraty, RJ) por meio da análise integrada de variáveis geoquímicas, granulométricas, de precipitação e de uso e cobertura do solo nas últimas décadas. Com base nos padrões de acumulação de sedimentos, fósforo e razões elementares (XRF), foram agrupadas quatro fases de desenvolvimento ambiental: 1888 a 1956, 1956 a 1986, 1986 a 2007 e 2007 a 2016. Essas fases foram utilizadas para propor uma interpretação integrada dos indicadores ambientais, comparando o comportamento sedimentar em resposta à evolução da bacia de drenagem e às intervenções antrópicas. Os resultados apontam tendências que evidenciaram a interação de escalas locais e globais. Entre 1968 e 2016 registrou-se alta frequência de eventos extremos de precipitação, contabilizou-se 483 ocorrências das quais 192 ocorreram a partir do final da década de 1990, principalmente a partir de ~2007, o que demonstra agravamento dos efeitos das mudanças climáticas na escala regional. De 2007 em diante, observou-se um aumento abrupto na TAS e nas razões elementares Ti/Ca, Fe/Ca e K/Ca, indicativo de acréscimo no aporte de sedimentos terrígenos. Neste mesmo contexto, as taxas de acumulação das frações de fósforo apresentaram expressivo aumento entre ~2011 e ~2013, assim como a granulometria que apresentou maiores teores de material mais grosso para o mesmo período. Esse fenômeno relaciona-se com o aumento nos eventos extremos de precipitação, acompanhado por um incremento do desmatamento e da pressão turística na região do Mamanguá, sugerindo que esses fatores intensificaram os processos erosivos e afetaram diretamente a dinâmica sedimentar e geoquímica no Saco do Mamanguá. Este trabalho reforça a necessidade de preservação de ecossistemas costeiros como o Saco do Mamanguá no sentido de compreendermos as formas que os impactos ambientais, nas suas diversas escalas, afetam os processos naturais num contexto de aumento de pressões antrópicas e mudanças climáticas.