Därmed är det tillåtet i hela landet.
23 ledamöter röstade för, 12 emot och två lade ner sina röster.
Högljudda anhängare från båda läger var på plats på åskådarläktaren och till slut var både debatten och själva omröstningen tvungen att flyttas till en annan lokal.
"Hela landet lyser som en enorm regnbåge. Länge leve alla människors värdighet och rättigheter. Kärlek är kärlek", skriver Högsta domstolens ordförande Arturo Zaldívar på Twitter.
I tisdags godkändes en liknande lag i delstaten Guerrero. Redan 2015 förklarade Högsta domstolen delstatslagar som förhindrar samkönade äktenskap som författningsvidrig.