Milei har fått 55,7 prosent av stemmene når 99,4 prosent er opptelt.
I presidentvalgets andre runde sto sosialdemokratiske Sergio Massa mot Milei, en sterkt høyrevridd og markedsliberalistisk økonom som ønsker å innføre dollar som valuta.
– I dag begynner rekonstruksjonen av Argentina. I dag begynner slutten på Argentinas forfall, sa Milei i seierstalen.
Økonomisk krise
Milei vant med større margin enn målingene på forhånd hadde anslått.
– Resultatet er åpenbart ikke hva vi håpet på, og jeg har snakket med Javier Milei for å gratulere ham og ønske ham lykke til, for han er den presidenten som flertallet av argentinere har stemt på, sier Massa, som er økonomiminister i dagens regjering.
Argentina befinner seg i en økonomisk krise på grunn av massiv gjeld. I Massas tid i som økonomiminister har prisene steget med 140 prosent.
Nåværende president Alberto Fernandez håper at overgangen kommer til å gå ryddig for seg.
– Jeg er en demokratiets mann, og jeg verdsetter intet annet enn flertallets dom, uttaler han.
Mye på spill
Mye har stått på spill i valget, som har vært preget av krasse utspill. Med over 400 milliarder dollar i statsgjeld, sentralbankreserver i minus og ingen kredittgrense, vil den neste regjeringen måtte grave Argentina ut av et meget dypt hull.
53-årige Milei ble kjent for motorsagen han brukte for å signalisere lovnader om offentlige kutt. Han betegnes som en Trump-aktig figur som er imot abort og ønsker å gjøre det lettere å kjøpe våpen og selge organer fra mennesker.
Han har også sagt han ikke tror på menneskeskapte klimaendringer og kommet med fornærmelser mot pave Frans, som også er argentiner.
Trump begeistret
Valgseieren blir møtt med blandede reaksjoner.
– Det er en trist dag for Latin-Amerika, skriver den colombianske presidenten Gustavo Petro i sosiale medier.
Donald Trump er imidlertid begeistret. Han gratulerer Milei med seieren og sier han kommer til å gjøre Argentina «great again».
– Jeg er veldig stolt av deg, skriver Trump om valgvinneren i sosiale medier.
Brasils president Lula de Silva legger også an en åpen tone.
– Jeg ønsker hell, lykke og suksess til den nye regjeringen. Argentina er et fantastisk land og fortjener vår dype respekt. Brasil kommer alltid til å stå klar for å samarbeide med våre argentinske brødre, skriver Lula.