Det kinesiska spelet ses som en mycket tuffare utmaning än schack för datorer eftersom det finns många fler sätt en Go match kan spela ut.
Teknikföretaget DeepMind division sade att dess programvara hade slagit sin mänskliga rival fem spel till noll.
En oberoende expert kallade det ett genombrott för AI med potentiellt långtgående konsekvenser.
Framträdandet tillkännagavs sammanfalla med publiceringen av en uppsats, i den vetenskapliga tidskriften Nature, som beskriver de tekniker som använts.
Tidigare på onsdagen, Facebooks chef hade sagt att sin egen AI-projekt hade " kommit nära" att slå människor på Go.
Men den forskning han hänvisade till indikerade dess programvara var rankad endast som en "avancerad amatör" och inte en "professionell nivå" spelare.
Go tros datera sig till det forntida Kina för flera tusen år sedan.
Med hjälp av svartvita stenar på ett rutnät vinner spelarna överhanden genom att omge sina motståndare bitar med sina egna.
Reglerna är enklare än reglerna för schack, men en spelare har vanligtvis ett val av 200 drag jämfört med cirka 20 inom schack.
Det finns fler möjliga positioner i Go än atomer i universum, enligt DeepMinds team.
Det kan vara mycket svårt att avgöra vem som vinner, och många av de bästa mänskliga spelare förlitar sig på instinkt.
DeepMinds verkställande direktör, Demis Hassabis, sade att dess AlphaGo programvara följde en tre-stegsprocess, som började med att göra det analysera 30 miljoner drag från spel som spelas av människor.
"Det börjar med att titta på professionella spel," sade han.
"Det lär sig vilka mönster som i allmänhet förekommer - vilken typ av mönster är bra och vilken typ är dålig. Om du vill, är det den delen av programmet som lär sig den intuitiva delen av Go.
"Det spelar nu olika versioner av sig själv miljoner och miljontals gånger, och varje gång blir det gradvis bättre. Den lär sig av sina misstag.
"Det sista steget är känt som Monte Carlo Tree Search, som verkligen är planeringsstadiet.
"Nu har den all intuitiv kunskap om vilka positioner som är bra i Go, den kan göra långsiktiga planer."
Testad mot konkurrerande Go-playing AIs, Googles system vann 499 av 500 matcher,
Och i oktober förra året bjöd DeepMind in Fan Hui, Europas bästa spelare, till sitt Londonkontor för en serie spel, som alla AI vann.
"Många av de bästa programmerarna i världen tillfrågades förra året hur lång tid det skulle ta för ett program att slå en topp professionell, och de flesta av dem förutspår 10-plus år," Mr Hassabis sade.
– Anledningen till att det gick snabbare än vad folk trodde var takten i den innovation som pågick med de underliggande algoritmerna och även hur mycket mer potential man kan få genom att kombinera olika algoritmer tillsammans.
Prof Zoubin Ghahramani, vid universitetet i Cambridge, sade: " Detta är verkligen ett stort genombrott för AI, med vidare konsekvenser.
"Den tekniska idé som ligger till grund för det är idén om att förstärka lärandet - att få datorer att lära sig att förbättra sitt beteende för att uppnå mål.
"Det kan användas för att fatta beslut problem - för att hjälpa läkare att göra behandlingsplaner, till exempel i företag eller var som helst där du vill ha datorer hjälpa människor i beslutsfattandet.
"Det betyder inte att Google är före alla andra företag i AI - det finns många artificiella intelligenser.
"Men när det gäller att avsätta resurser till Go, Google har tydligt gjort mer.
"Facebook har uppnått några ganska spektakulära resultat inom andra områden av artificiell intelligens, men jag tror att Google har slagit dem till denna särskilt viktiga utmaning."
DeepMind avser nu att sätta AlphaGo mot Lee Sedol - världens bästa Go spelare - i Seoul i mars.
Dessutom fortsätter det att utveckla AI-system som kan spela datorspel utan någon hjälp, efter förra årets framgång på att få sina robotar att lära sig att spela flera dussin klassiker.
"För oss, Go är höjdpunkten i brädspel utmaningar," sade Mr Hassabis.
"Nu rör vi oss mot 3D-spel eller simuleringar som är mycket mer som den verkliga världen snarare än de Atari-spel som vi tog itu med förra året."
Ett Google artificiell intelligens program har slagit den europeiska mästare i brädspelet Go.