Santos fikk 50,9 prosent av stemmene under søndagens andre valgomgang, mens høyresidens utfordrer Óscar Iván Zuluaga fikk 45 prosent.
Zuluaga erkjente nederlaget, men lover å komme sterkere tilbake.
– Kampen fortsetter, det kommer en ny dag i morgen, sa Zuluaga i en tale til sine tilhengere.
Garanti
Gjenvalget av den 62 år gamle sentrum-høyrekandidaten Santos blir sett på som en garanti for at fredssamtalene med FARC-geriljaen fortsetter.
55 år gamle Zuluaga omtaler FARC som terrorister og varslet i valgkampen en annen linje enn Santos.
Som en forutsetning for videre forhandlinger krevde han at geriljaen la ned sine våpen, og han ville også nekte FARC-medlemmer anledning til å stille som kandidater i valg.
Ba om mandat
Santos ba på sin side velgerne om mandat til å fortsette fredsforhandlingene som ble startet i Norge i 2012, og mange så derfor presidentvalget som en folkeavstemning om fredsprosessen.
– Dette var en annen type valg. Det var ikke kandidatenes navn det sto mellom, det var hvilken kurs landet skal ta, sa Santos i sin seierstale.
– Folk mobiliserte for meg fordi de vet at historien har sine veiskiller. Denne gangen sto det om fred, om at det var på tide å få slutt på denne lange og grusomme konflikten, sa han.
Svekket mandat
Borgerkrigen i Colombia har kostet over 200.000 mennesker livet og tvunget millioner på flukt.
Gjentatte forsøk på fredsforhandlinger har tidligere mislykkes, mens det nå er gjort framgang.
Zuluaga sikret seg flere stemmer enn Santos i første valgomgang, men venstresiden og fagbevegelsen sluttet opp om Santos før andre runde.
Ved forrige valg fikk han 69 prosent av stemmene, og søndagens valg innebærer dermed en svekkelse av Santos' mandat ettersom han måtte nøye seg med drøyt 50 prosent. (©NTB)