Det opplyser Hamas i en pressemelding lørdag.
– Mashaal vil fortsatt være aktiv i Hamas og tjene folket, bevegelsen og palestinernes sak, står det i pressemeldingen.
Ledende Hamas-medlemmer har bedt ham Mashaal om å fortsette, heter det videre.
Ledet Hamas i åtte år
Mashaals avgang åpner for en maktkamp mellom forskjellige fraksjoner innen Hamas, skriver nyhetsbyrået AP.
Mashaal har vært leder av Hamas siden Abdel Aziz al-Rantissi ble drept av israelske styrker i 2004.
Mashaal bor i Syrias hovedstad Damaskus, og Hamas-ledelsen har vært anklaget for å være for nær knyttet til det syriske regimet.
Arresterte Hamas-topp
Mashaal kunngjorde sin avgang bare to dager etter at israelske hæren har pågrepet en annen Hamas-topp, Aziz Dweik.
Han er lederen for den palestinske nasjonalforsamlingen og ble pågrepet av israelske soldater ved en israelsk kontrollpost mellom Ramallah og Jerusalem torsdag.
Fredag krevde Hamas' statminister på Gaza, Ismail Haniya, at palestinernes president Mahmud Abbas bryter all dialog med israelerne etter arrestasjonen.