Keita hadde på seg munnbind da han kom med uttalelsen på kringkasteren ORTM, han kunngjorde også at nasjonalforsamlingen og regjeringen oppløses.
Han sa at avgangen skjer med umiddelbar virkning.
–Jeg ønsker å bruke dette øyeblikket, mens jeg takker det maliske folket for støtten gjennom disse lange årene og for deres varme og hengivelse, og til å informere dere om min beslutning om å oppgi mine plikter, sa Keita.
Talen ble holdt bare timer etter at soldater skjøt i lufta utenfor boligen hans, før de tok ham til fange. Også statsminister Boubou Cissé ble omringet da de to hadde søkt tilflukt i presidentens bolig i hovedstaden Bamako tidligere tirsdag.
Jubel i gatene
I Bamako var det ifølge rapporter jubel, da folk hørte nyheten om Keitas avgang.
– Folk i Mali er lei, sier en demonstrant til nyhetsbyrået AP.
Regjeringsmotstandere har siden juni jevnlig demonstrert i hovedstaden Bamako og krevd at presidenten går av.
De er blant annet misfornøyde med uroen nord i landet, der islamistiske grupper med forbindelser til IS og Al Qaida har utført flere dødelige angrep mot lokalbefolkningen.
Kuppmakerne lover nyvalg
Noen timer etter at Keita fortalte folket at han går av, holdt nestkommanderende i det maliske luftforsvaret, Ismaël Wagué, en TV-tale.
Der lovet han at det skal holdes nyvalg "innen rimelig tid", uten å si noe om når det blir.
De militære lederne som står bak kuppet kaller seg "Den nasjonale komiteen for folkets frelse".
Keita ble selv valgt til president i 2013, etter et militærkupp året før. Han ble gjenvalgt i et omstridt valg i 2018.
Nordmenn i Mali avventer situasjonen
Norge har 15 soldater i hovedstaden Bamako. De er tilknyttet en fredsbevarende FN-styrke. Forsvarets operative hovedkvarter (FOHK) har vært i kontakt med den lille kontingenten i dag morges.
– Siste rapport fra våre soldater i Mali i morges, er at alt er vel med dem og at de følger med på situasjonen, skriver talsperson ved FOHK, Jørn Hammerbeck, til NRK.
Han som skjer med det norske bidraget er likevel uvisst.
Utenriksminister Ine Eriksen Søreide sier til NTB at hun er bekymret over situasjonen i landet.
– Det pågående forsøket på militær maktovertakelse har blitt bekreftet og fordømt av FNs generalsekretær. Norge deler generalsekretærens fordømmelse og støtter hans oppfordring til partene om å finne en fredelig løsning gjennom dialog og respekt for demokratiske prinsipper og godt styresett, sier hun.
FNs sikkerhetsråd kalles sammen til et ekstraordinært møte onsdag om situasjonen i Mali. FNs generalsekretær og EUs sjefdiplomat har fordømt kuppet, det samme har Den afrikanske union.