Det första officiella preliminära resultatet pekade på en överlägsen seger för Claudia Sheinbaum, som tillhör det regerande partiet Morena.
Enligt beräkningar från Mexikos internationella valinstitut har Sheinbaum fått drygt 60 procent av rösterna, samtidigt som huvudmotståndaren Xóchitl Gálvez har fått cirka 25 procent av rösterna.
Morena, som redan tidigare utropat seger, kommer att fortsätta med en enkel majoritet i landets kongress, säger partichefen Mario Delgado under en nationell tv-sändning.
Största och farligaste valet
Mexikos största val någonsin har också varit det mest våldsamma i modern historia, med dödandet av 38 kandidater. Våldet har väckt oro i landet att demokratin ligger under hot av de stridande drogkartellerna.
Att konfrontera och minska den organiserade brottsligheten som präglar flera delar av Mexiko kommer bli ett av Sheinbaums viktigaste uppdrag. Den 1 oktober väntas hon inta stolen som president under en period på sex år.
Vallokal fick stänga efter skottlossning
Det dödliga våldet tog inte paus under söndagens röstande. En vallokal i staden i Coyomeapan i delstaten Puebla fick stänga efter att en person dödats i en skottlossning, rapporterade den statliga valmyndigheten.
Delstatens regionala åklagare bekräftade ytterligare ett dödsfall vid en vallokal i Tlapanalá, också i Puebla.