Avstemningen blant de over 2.000 delegatene skjedde bak lukkede dører i Beijing.
Resultatet ble presentert søndag, da den ukelange partikongressen i kommunistpartiet ble avsluttet.
– Jeg ønsker å rette en oppriktig takk til hele partiet for tilliten deres, sa han i en uttalelse til journalister etter kunngjøringen.
Den 69 år gamle lederen sa at han lover å «arbeide flittig i utøvelsen av pliktene for å gjøre oss verdig til den store tilliten fra vårt parti og vårt folk».
Gjenvalget av Xi som partileder betyr at han nærmest er garantert å bli gjenvalgt også som landets president på det årlige møtet i den nasjonale folkekongressen i mars neste år.
Dette vil gjøre Xi til den tredje lengste sittende presidenten av partiets høyeste posisjon, bare slått av Mao Zedong og Jiang Zemin.
– Kina kan ikke utvikles uten verden, og verden trenger også Kina, sa Xi.
– Etter over 40 år med utrettelig innsats, reformer og mer åpenhet, har vi skapt to mirakler – rask økonomisk utvikling og langsiktig sosial stabilitet, sa han videre.
Gjenvalget av Xi til kommunistpartiets sentralkomite, markerer en slutt på parties uformelle pensjonsalder på 68 år. I alt er over to tredjedeler av medlemmene i komiteen er nye, dette utgjør den høyeste omløpshastigheten på over 25 år, ifølge Bloomberg.
