Bento XVI anunciou a renúncia pessoalmente, falando em latim, durante o consistório para a canonização de dois mártires.
O Vaticano confirmou a notícia e afirmou que o papado vai ficar vago até que o sucessor seja escolhido.
Em comunicado, Bento XVI, que tem 85 anos, afirmou que vai deixar a chefia da Igreja Católica Apostólica Romana devido à idade avançada, por "não ter mais forças" para exercer o cargo.
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O pontífice afirmou que está "totalmente consciente" da gravidade de seu gesto.
"Por essa razão, e bem consciente da seriedade desse ato, com total liberdade declaro que renunciou ao ministério como Bispo de Roma, sucessor de São Pedro", disse Joseph Ratzinger, segundo comunicado do Vaticano.
O papa Bento XVI durante audiência em 16 de janeiro (Foto: AFP)
Sucessor de João Paulo II, Bento XVI havia assumido o papado em 19 de abril de 2005.
A chanceler da Alemanha, país natal do Papa, Angela Merkel, disse que está "emocionada" com a decisão e que vai se pronunciar mais tarde.