Den 45-årige Donohoe representerar konservativa Fine Gael och har varit sitt lands finansminister sedan 2017. Dessförinnan var han även EU-minister 2013-14 och transport-, turist- och EU-minister från 2014.
Nu tar han över från portugisen Mario Centeno som mötesledare för euroländernas finansministrar.
"Jag är djupt hedrad att bli vald till ny ordförande i eurogruppen. Jag ser fram emot att arbeta med alla mina eurogruppskollegor under de närmaste åren för att garantera en rättvis och inkluderande återhämtning för alla när vi tar oss an utmaningarna med fast beslutsamhet", skriver Donohoe på Twitter efter omröstningen.
Favorit var annars hans spanska kollega, 51-åriga Nadia Calviño från socialistpartiet PSOE, som på förhand fått stöd från såväl Frankrike som Tyskland.
Den tredje kandidaten i kampen, liberale luxemburgaren Pierre Gramegna, uppges ha kastat in handduken efter den första omröstningen, sedan ingen kandidat då fått nödvändiga tio röster.
Euroländernas mötesordförande – ibland kallad för "eurogruppens chef" – är en av de tyngre posterna i EU, även om det bara är en deltidsuppgift vid sidan av det ordinarie ministerarbetet. Donohoes mandat löper i 2,5 år.