Mediauppspelning stöds inte på den här enheten
Den Portugal kapten, 28, utsågs till årets världsspelare för första gången sedan 2008 av nationella tränare, kaptener och journalister.
Det är ett oerhört känslomässigt ögonblick
Tyskland målvakt Nadine Angerer utsågs till bästa kvinnliga spelare, medan tidigare Bayern München boss Jupp Heynckes plockade upp tränare för året accolade och Tyskland manager Silvia Neid hävdade kvinnors pris.
Ronaldo begärde utmärkelsen med totalt 1,365 poäng, framför Messi (1,205) och Ribery (1,127), med röster av 184 tränare, 184 nationella kaptener och 173 medlemmar av globala medier.
Varken Ronaldo eller Messi röstade på den andra i sin topp tre.
Cristiano Ronaldo röstade inte på Lionel Messi, och Messi röstade inte på Ronaldo.
Ta reda på vem som röstade på vem i en uppdelning av resultaten
Ronaldo valde Radamel Falcao för första plats, följt av Gareth Bale och Mesut Ozil, medan Messi valde Barcelona lagkamrater Andres Iniesta, Xavi och Neymar.
England manager Roy Hodgson valde Ronaldo, Zlatan Ibrahimovic och Robin van Persie som hans bästa tre, medan kapten Steven Gerrard valde Ronaldo, Messi och Liverpool lagkamrat Luis Suarez.
Messi, 26, hade vunnit priset för de senaste fyra åren, men Ronaldo hade setts som front-runner denna gång efter att ha gjort 66 mål i 56 matcher i 2013 för klubb och land.
De inkluderade en sensationell hatt-trick för Portugal mot Sverige i deras VM kvalificerande play-off andra ben, som förseglade en plats i finalen i Brasilien.
"Först av allt, Jag måste säga ett stort tack till alla mina lag-kamrater med klubben och landslaget," Ronaldo sade som han grät under sitt tal.
"Utan alla deras ansträngningar hade detta inte varit möjligt. Jag är mycket glad; det är mycket svårt att vinna detta pris.
"Alla som har varit inblandade med mig på en personlig nivå, Jag måste tacka - min fru, mina vänner, min son. Det är ett oerhört känslomässigt ögonblick. Allt jag kan säga är tack till alla som har varit inblandade."
Ilgerer, 35, sparade två straff i Tysklands 1-0 seger över Norge i EM-finalen 2013 och utsågs till spelare i matchen.
"Jag måste säga att jag är lite förvånad, men mycket tacksam," Brisbane Roar målvakt sade. "Du får aldrig en sådan framgång på egen hand. Jag måste tacka mina lagkamrater och min målvakt coach som höjde mig till en nivå som jag aldrig trodde att jag skulle komma till."
Mediauppspelning stöds inte på den här enheten
Heynckes, som gick i pension i slutet av förra säsongen efter att ha guidat Bayern München till en historisk treble, sade att han var "humlad och glad" att ha vunnit sitt pris.
Ballon d'Or Prix d'Honneur belönades med Brasiliens legend och trefaldiga världscupvinnare Pele. "Jag lovade min familj att jag inte skulle gråta men jag är känslosam", sade han.
"Jag fick så många troféer och priser men jag var avundsjuk på alla de där killarna som fick Ballon d'Or, som jag inte kunde få eftersom jag inte spelade i Europa. Nu tackar jag Gud för att jag kan fullborda mina troféer hemma."
Puskaspriset för årets mål gick till Ibrahimovic för hans 30-yard overheadstrejk för Sverige - hans fjärde mål för matchen - mot England i november 2012.
Tidigare ordförande för Internationella olympiska kommittén Jacques Rogge vann Fifa-presidentpriset, medan Afghanistans fotbollsförbund vann fair play accolade för de framsteg de har gjort framåt spelet i det krigshärjade landet.
Manuel Neuer (Bayern München)
Dani Alves (Barcelona)
Tiago Silva (PSG)
Seggio Ramos (Real Madrid)
Philipp Lahm (Bayern München)
Andres Iniesta (Barcelona)
Franck Ribery (Bayern München)
Xavi (Barcelona)
Cristiano Ronaldo (Real Madrid)
Zlatan Ibrahimovic (PSG)
Lionel Messi (Barcelona)
Real Madrid framåt Cristiano Ronaldo slog Barcelonas Lionel Messi och Franck Ribery i Bayern München för att vinna 2013 Fifa Ballon d'Or.