När rösterna från fem av sex valdistrikt hade räknats efter lördagens val hade han fått 52,5 procent, enligt prognoserna.
Hans utmanare, tv-reportern Thora Arnorsdottir fick 33,2 procent och erkände sig besegrad.
Presidenten har främst en ceremoniell roll på Island, men Grimsson har uttryckt önskan om att ge rollen ett större inflytande.
Olafur Ragnar Grimsson har blivit omvald tre gånger utan att stöta på någon större konkurrens. Omkring 236.000 invånare var röstberättigade i lördagens val.