No discurso em que anunciou a saída do Governo, Renzi falou numa "boa batalha" pela vitória do "Sim" e admitiu que não sente remorsos, apesar da derrota.
As sondagens realizadas à boca das urnas indicam que o "Não" obteve entre 54 e 58%, contra 42 a 46% para o "Sim".
Num discurso de poucos minutos, Renzi assumiu total responsabilidade pela derrota no referendo e admitiu que o "Não" venceu de "forma clara".
Matteo Renzi ocupava o cargo de primeiro-ministro desde fevereiro de 2014.
A derrota e a demissão de Renzi devem mergulhar Itália numa nova fase de incerteza política e possível perturbação económica.
O Presidente italiano, Sergio Mattrella, deverá nomear um governo de gestão até às próximas eleições gerais, previstas para a primavera de 2018.
Os principais partidos de oposição defenderam a realização de eleições antecipadas em caso de vitória do "Não".
A reforma constitucional que estava em referendo foi aprovada pelo Parlamento e, entre outras coisas, retiraria a função legislativa ao Senado.