Merkel valdes med röstsiffrorna 397-202 och 12 nedlagda. Det betyder att 51 ledamöter från regerings- partierna CDU/CSU och SPD antingen röstade nej eller lade ned rösterna.
Den breda koalitionen är en nödlösning pga det jämna valet. Regeringen har en stor majoritet i förbundsdagen men belastas av inre spänningar. Enligt en opinionsmätning tror en majoritet att den spricker före nästa val.
Schröder gratulerade
Merkel gratulerades omedelbart efter de första applåderna av sin företrädare, socialdemokraten Gerhard Schröder.
Flera socialdemokrater hade dagarna före omröstningen förklarat att de inte tänkte rösta enligt partiets överenskommelse.
Men kristdemokratiska politiker sade efter omröstningen att nejrösterna från det andra koalitionspartiet inte skulle utgöra någon belastning på regeringssamarbetet.
En dryg timma efter omröstningen utnämndes Angela Merkel formellt av förbundspresident Horst Köhler till kansler. Den bara några minuter långa ceremonin ägde rum i slottet Charlottenburg i västra Berlin, eftersom presidentens ämbetslokaler i slottet Bellevue renoveras.
Merkel den åttonde kanslern sedan 1949
Angela Merkel är Tysklands första kvinnliga förbundskansler och den åttonde att inneha posten sedan Tyskland 1949 fick en ny grundlag efter andra världskriget (partitillhörighet inom parentes):
1949-63: Konrad Adenauer (CDU)
1963-66: Ludwig Erhard (CDU)
1966-69: Kurt Georg Kiesinger (CDU)
1969-74: Willy Brandt (SPD)
1974-82: Helmut Schmidt (SPD)
1982-98: Helmut Kohl (CDU)
1998-2005: Gerhard Schröder (SPD)
2005-: Angela Merkel (CDU)