Milliardæren Pinera er de konservatives presidentkandidat og har ledet med rundt 10 prosentpoeng på meningsmålingene i lang tid.
I en prognose offentliggjort av Kanal 13 få timer etter valglokalene stengte søndag kveld får Pinera 44 prosent av stemmene.
Det kreves imidlertid 50 prosent av stemmene pluss én stemme for å vinne allerede i første valgomgang.
Regjeringskoalisjonens kandidat Eduardo Frei ligger an til å få 30 prosent, noe mindre enn målingene antydet på forhånd.
Selvsikker milliardær
Sebastian Pinera eier et av Chiles fire TV-selskaper, andeler i det nasjonale flyselskapet LAN og en fotballklubb. Han har av den grunn blitt sammenlignet med Italias Silvio Berlusconi.
60-åringen var også selvsikker da han stemte i sentrum av Santiago søndag.
– De som har det vanskelig, kan se fram mot lysere tider. Det er over og ut for Concertacion, den er politisk utmattet, sa Pinera og viste til sentrum-venstre-koalisjonen som har styrt Chile siden diktatoren Augusto Pinochet trådte til side i 1990.
Splittet koalisjon
President Michelle Bachelet har ikke klart å overføre sin egen popularitet til etterfølgeren i Concertacion, kristeligdemokraten Eduardo Frei.
67 år gamle Frei blir Pineras motstander i andre valgomgang, men ifølge meningsmålingene vil Pinera vinne neste runde med rundt 6 prosentpoeng.
Sentrum-venstre-koalisjonen er blitt splittet av unge og karismatiske Marco Enriquez-Ominami, som stiller som uavhengig kandidat.
36-åringen har fått støtte av dem som ønsker nytt blod inn i politikken.
– Jeg er sikker på at velgerne vil stemme for ekte forandring, sa han da han avla stemme søndag.
På meningsmålingene har han ligget tett oppunder 20 prosent
– Trenger noe nytt
Støtten til Pinera er stor blant chilenere som ikke er fornøyd med Concertacions fordeling av inntektene fra kobbereksporten gjennom sosiale programmer.
Arbeidsledigheten har også steget til 9,7 prosent i løpet av året.
– Vi trenger noe nytt. Derfor stemmer jeg på Pinera. Etter 20 år med Concertacion er han i stand til å gjøre det bedre, sier 42 år gamle Silvia Estrada.
Vel 8 millioner chilenere har stemmerett, og de første resultatene er ventet rundt midnatt natt til mandag norsk tid.