Vem som ingår i juntan är inte helt tydligt, men officeraren Ismaël Wague höll på onsdagsmorgonen ett tv-tal med löftet att nyval ska hållas när läget så medger, rapporterar AFP.
Wague säger sig vara talesman för gruppen CNSP (Comité national pour le salut du peuple, ungefär ”nationalkommitten för folkets välgång”), som med bas i Kati nära Bamako tagit över landet.
Presidenten framträdde några timmar tidigare, efter att av militär förts just till en militärbas i Kati.
– Jag vill inte se något blod spillas för att hålla mig vid makten, sade han, och dolde inte att beslutet att avgå inte var helt frivilligt.
– Om vissa delar av våra beväpnade styrkor vill att min tid vid makten ska ta slut genom att vidta dessa åtgärder, har jag då något val?, sade han i ett tal som sändes av det nationella tv-bolaget ORTM.
Omvärlden fördömer
Det är oklart om Keïta är fortsatt frihetsberövad på militärbasen.
Soldater förde på tisdagseftermiddagen bort Ibrahim Boubacar Keïta och premiärminister Boubou Cissé från Bamako. Militärerna möttes av jublande folkmassor när de närmade sig presidentens residens och sedan tog sig in i det.
Händelserna i landet har fördömts och kritiserats av FN, Afrikanska unionen, Frankrike och EU, rapporterar nyhetsbyråer. FN:s generalsekreterare António Guterres har fördömt militärens agerande och kallat in säkerhetsrådet för ett krismöte om utvecklingen i Mali.
Månadslånga protester
Mali gränsar till sju andra länder i Västafrika. Flera av gränserna är långa, svårbevakade och mer eller mindre laglöst land i Sahara, men åtminstone formellt stängde grannländerna tidigt på onsdagen gränserna till det kuppdrabbade landet. Den västafrikanska samarbetsorganisationen Ecowas har fryst alla monetära transaktioner mellan Mali och övriga 14 medlemsländer.
Bortförandet av Keïta och Cissé kom efter en orolig sommar där massiva protester mot presidenten har lamslagit Mali. Demonstranternas vrede har riktat sig mot Ibrahim Boubacar Keïtas påstådda oförmåga att förbättra det allvarliga säkerhetsläget och få bukt med korruptionen.
Fakta: Konflikter i Mali
Sedan årtionden råder ett spänt förhållande mellan de folkgrupper i södra Mali som dominerar politik och ekonomi, och minoritetsfolk i norr, främst tuareger, som känner sig åsidosatta.
Hösten 2011 återvände hundratals välbeväpnade tuareger från Libyen. Många anslöt sig till Nationella rörelsen för Azawads befrielse (MNLA), med målet en självständig stat i Malis nordliga ökenregion.
I början av 2012 gick MNLA till anfall mot städer i norr. Den maliska armén pressades tillbaka. Militanta islamistgrupper anslöt sig till upproret, däribland al-Qaida i islamiska Maghrib (Aqim). Samtidigt genomfördes en kupp som försvagade den maliska staten.
Franska soldater skickades till Mali 2013 sedan rebeller hotat huvudstaden Bamako. Insatsen Opération Serval ersattes året efter av Opération Barkhane, som är inriktad på att bekämpa väpnade terrorgrupper i Sahelregionen.
Även FN har en stor närvaro i form av styrkan Minusma, där Sverige deltar.
Källa: Landguiden/UI