Han avløser dermed belgiske Van Rompuy og skal ha hatt bred støtte for sitt kandidatur blant EU-landene, ifølge diplomater.
Tusk har vært polsk statsminister siden 2007 og representerer det konservative partiet Borgerplattformen.
Danmarks sosialdemokratiske statsminister Helle Thorning-Schmidt ble helt til det siste nevnt blant kandidatene til jobben som EUs president, men nådde altså ikke opp.
Eurokrisen har vært nærmest totalt dominerende på EUs dagsorden i mange år. Når Tusk nå overtar, vil han måtte jobbe videre med å skape større økonomisk vekst i EU for å få slutt på gjeldsvekst og budsjettunderskudd.
Skarp Russland-kritiker
I tillegg har EU fått hendene fulle med å håndtere det stadig mer spente forholdet til Russland. EU har i flere runder vedtatt sanksjoner mot Russland på grunn av landets fremferd i Ukraina.
Tusk har markert seg som en av EUs skarpeste kritikere av Russlands politikk, og valget av ham sender dermed også et klart signal til Russlands president Vladimir Putin.
Les også:
I lys av konflikten med Russland har Tusk også tatt til orde for at EU i langt større grad må samarbeide bedre for å gjøre seg mindre avhengig av russisk energi.
Donald Tusk blir nå også ett av EUs viktigste ansikter utad, sammen med EU-kommisjonens nye president Jean-Claude Juncker og EU-parlamentets president Martin Schultz.
Vil ha Mogherini som utenrikssjef
EUs ledere vil ha italienske Federica Mogherini som ny utenrikssjef i Unionen.
Om hun får de folkevalgtes tilslutning, etterfølger hun britiske Catherine Ashton i jobben.
Mogherini er 41 år gammel og har vært Italias utenriksminister siden februar i år. Hennes lave alder og korte fartstid i regjeringen ble av mange brukt mot hennes kandidatur tidligere i prosessen.
Men lørdag hadde altså EU-landene sluttet opp om henne. Blant annet varslet de europeiske sosialistpartiene, med den franske presidenten François Hollande i spissen, at de sto bak henne.
Mange var også skeptiske til Mogherini fordi hun angivelig har vært for lite kritisk mot Russland, som EU nå er i en bitter handelskonflikt med på grunn av krisen i Ukraina. I samme forbindelse har også Italias avhengighet av russisk energi blitt brukt som et argument mot henne.
I tillegg til den akutte krisen i forholdet til Russland får Mogherini også en rekke andre vanskelige utenrikssaker på sitt bord.
Forhandlingene om Irans atomprogram, Den islamske statens fremganger i Irak og Syria og problemene i flere av EUs naboland etter den arabiske våren er noen av utfordringene som venter for Unionens nye «utenriksminister»