A assembléia municipal da capital, controlada por legisladores de esquerda, aprovaram a medida por 43 votos a favor e 17 contra, enquanto centenas de pessoas protestavam do lado de fora do edifício.
O congresso local, no Estado de Coahuila, fronteira com o Texas, iniciou debate similar para legalizar uniões civis entre gays nesta semana.
"Estas reformas serão como uma bola de neve que ninguém conseguirá deter", disse David Sanchez da ala esquerdista do Partido da Revolução Democrática, um dos poucos congressistas abertamente gays daquele país.
As medidas aprovadas na Cidade do México e discutidas em Coahuila são baseadas no código civil francês e dão direito de propriedade, pensão, herança e direitos familiares. No entanto, não permitem casamento ou adopção de crianças.
Fora da assembléia, activistas gays com bandeiras nas cores do arco-íris e oponentes cristãos trocavam farpas.
"É anti-natural. Eles estão indo em direção a algo que é contra a humanidade. Sociedades sempre caíram em decadência quando se permitiu a homossexualidade e a ruptura da família", disse o opositor Humberto Muniz.
As autoridades da igreja católica no México condenaram a união gay. Quase 90% dos 107 milhões de mexicanos são católicos e grupos evangélicos conservadores estão ganhando peso no país. Apenas o Brasil tem mais católicos que o México.