Cuba ganó 27-29, 25-19, 25-21, 19-25, 15-9 y jugará la final contra Rusia, que derrotó a Estados Unidos 25-15, 23-25, 25-25, 26-28 15-8.
Anoche, Argentina eliminó el equipo masculino de Brasil con una inesperada victoria en cuatro sets.
Las cubanas ganaron las medallas de oro en Barcelona '92 y Atlanta '96, y van por su tercer título olímpico consecutivo.
Las brasileras, apoyadas por cientos de seguidores, empezaron mejor y ganaron un dramático primer set 29-27 cuando un violento remate de Erika no pudo ser devuelto por las cubanas.
Brasil se puso 5-0 arriba en el segundo set, pero Cuba sacó a relucir su casta de campeona luciéndose en la malla con tremendas tapadas de Taimaris Agüero, Regla Torres y Ana Ivis Fernández y ganó el segundo set.
El ataque de la zurda Leila y la muralla defensiva frente a la malla de Walewska, Virna y Janina le dieron a las brasileras el tercer set 25-21.
Cuba, no obstante, recuperó el control y ganó con claridad los dos últimos sets.
"Contra Brasil pudo haber sido la discusión de la medalla de oro. Nos enfrentamos a una potencia mundial y ganamos", dijo al final en rueda de prensa el entrenador cubano Louis Calderón.
"Ahora vamos a trabajar para alcanzar nuestro objetivo, ganar una tercera medalla de oro consecutiva, hemos trabajado para ello", agregó.
Por su parte la capitana cubana Regla Bell, sostuvo que el partido contra Brasil, "fue bien disputado, en verdad tuvimos que esforzarnos al máximo, en el inicio nos vimos en problemas, ellas prevalecían, pero al final ganó el mejor, el que tenía que ganar", afirmó.
Ahora Cuba enfrentará por el oro a Rusia, con la que se midió cuando ganó su primer título olímpico en 1992.
"Esta vez tenemos un equipo que es todo lo contrario al de Barcelona", declaró el técnico ruso Nikolai Karpol.
"En Barcelona, teníamos un conjunto con mucha experiencia y las cubanas eran muy jóvenes. Ahora nosotros tenemos el equipo joven y ellas son las veteranas. Si nuestras chicas se ponen a la altura de las circunstancias, podemos ganarles".