64 prosent har stemt «ja» til spørsmålet om de ønsket at grunnloven bør definere ekteskap som et forbund mellom mann og kvinne.
Det viser tallene etter at en tredel av stemmelokalene har blitt talt opp.
Folkeavstemningen ble holdt som følge av et initiativ som støttes av den katolske kirke.
Debatten har de siste ukene gått høyt i Kroatia, og saken har ført til sterk polarisering mellom landets mange konservative katolikker og mer liberale krefter i samfunnet.
Landets sentrum-venstre-regjering har tidligere foreslått en lov som skulle tillate homofile og lesbiske par å registrere seg som «livspartnere», noe som skapte uro i konservative kretser.
I mai greide en gruppe kalt «I familiens navn» å samle 700.000 underskrifter til støtte for en folkeavstemning om hvorvidt ekteskapet skal være forbeholdt to personer av ulike kjønn.
