Le camp de la destitution l'a emporté par 367 voix, 25 de plus que les 342 requises (2/3) pour autoriser le sénat à mettre en accusation Mme Rousseff.
Seuls 137 députés, de gauche et d'extrême gauche pour l'essentiel, ont voté contre la destitution. Sept députés uniquement se sont abstenus et trois étaient absents.
D'ici le 11 mai, il suffira d'un vote à la majorité simple des sénateurs pour qu'elle soit formellement mise en accusation pour "crime de responsabilité" et écartée du pouvoir pendant 180 jours au maximum, en attendant un verdict final, précise l'AFP.
Le vice-président Michel Temer, son ex-allié centriste et désormais rival, assumerait alors ses fonctions et formerait un gouvernement de transition.
Héritière politique de l'ex-président Luiz Inacio Lula da Silva, Mme Rousseff est entrée dans l'histoire en 2011, en devenant la première femme présidente du Brésil.
Elle risque à présent d'y rejoindre Fernando Collor de Mello, seul président brésilien à avoir été à ce jour destitué, pour corruption, en 1992.