Omröstningen skedde efter en två dagar lång intensiv debatt i det spanska parlamentet, där oppositionspartierna Partido popular och Vox kallade lagen om amnesti, som Sánchez parti PSOE förhandlat fram med det katalanska separatistpartiet Junts, för "politisk korruption".
Lagen, som ger amnesti till de personer som varit inblandade i det olagliga katalanska självständighetsförsöket 2017, har lett till stora och bitvis våldsamma protester i Spanien den senaste tiden.
Tack vare överenskommelsen kunde socialdemokratiska PSOE säkra de katalanska självständighetspartiernas stöd i premiärministeromröstningen.
Pedro Sánchez tryckte under debatten i stället på vikten av ett enat Spanien – och pekade på att överenskommelsen är en del av en lösning på den flera år långa konflikten mellan Katalonien och huvudstaden Madrid.
I onsdags lämnade Santiago Abascal, ledare för ytterhögerpartiet Vox, deputeradekammaren efter sitt anförande. I stället valde han att ansluta sig till protesterna utanför PSOE:s högkvarter i Madrid, nu inne på sin tolfte dag.
Sánchez fick 179 av de totalt 350 ledamöternas röster. I hans regeringskoalition kommer även vänsteralliansen Sumar att ingå.