Den 30-årige förhandsfavoriten ingick i en grupp med sju löpare, däribland landsmännen Emmanuel Mutai och Geoffrey Kamworor, som bröt sig loss efter 20 km denna soliga och svala morgon i Berlin.
Kimetto skakade av sig Mutai med fyra kilometer kvar och blev förste man under 2 timmar och tre minuter.
– Det känns bra för jag vann ett mycket tufft lopp. Jag kände mig bra från start och de sista fem kilometerna kände jag att jag kunde klara det (slå rekordet, red anm), säger Kimetto.
Kenyanen hade redan före loppet utlovat en attack mot världsrekordet om vädret var bra, och förhållandena blev också perfekta.
Det är det andra världsrekordet på raken som satts i Berlin, som anses vara världens snabbaste maratonbana. Det gamla rekordet var på 2 timmar, 3 minuter och 23 sekunder. Det sattes av Wilson Kipsang i Berlin i fjol.
Mutai gick också i mål på Brandenburger Tor på en bättre tid än det gamla världsrekordet, 16 sekunder efter Kimetto. Etiopiern Abera Kuma blev trea.