Joseph Romano var en av 23 amerikaner som åtalades och dömdes av italienska domstolar för kidnappning över CIA-ledda operationen för att kidnappa en präst som kallas Abu Omar.
Egyptierna sa att han flögs till sitt hemland och torterades där.
Napolitanos kontor citerade vad det sade var förändringar av USA:s säkerhetspolitik som president Barack Obama genomförde.
Det sades att Barack Obama omedelbart efter sitt val hade "avbrutit ett närmande till de utmaningar för den nationella säkerheten som Italien och Europeiska unionen ansåg vara oförenliga med grundläggande rättsstatsprinciper".
Det tillade att den italienske presidenten "hade hoppats på en lösning på en affär som Förenta staterna ansåg vara utan prejudikat på grund av en fällande dom från Förenta staternas militärofficer i Nato för handlingar som begåtts på italiensk mark".
I uttalandet sades att beslutet att benåda Col Romano var inspirerat av samma princip som Italien hoppades att det skulle användas i fallet med två italienska marinsoldater som åtalas för mord i Indien för att ha skjutit två fiskare.
Abu Omar var föremål för den process som kallas extraordinära överlämnanden, genom vilken CIA överförde misstänkta för terrorism till länder som utövade tortyr.
Politiken användes i allt högre grad efter attackerna den 11 september 2001 i USA.
Italienska domstolar dömde 22 CIA-personal för Abu Omar-fallet. Alla tros bo i USA och kommer sannolikt inte att avtjäna sina straff.
Col Romano var den ende amerikanen som inte var CIA-anställd.
Vid tiden för överlämnandet var han ansvarig för den norra italienska militära flygbasen vid Aviano, där Abu Omar flögs innan han fortsatte till Egypten via Tyskland.
De italienska rättegångarna, som inleddes 2007, var de första som dömde amerikaner för extraordinära överlämnanden.
Förra månaden dömde en domstol i Milano Italiens f.d. underrättelsechef Nicolo Pollari till 10 års fängelse och hans f.d. ställföreträdare Marco Mancini till nio år över Abu Omar-fallet.
Båda förväntas överklaga.
Italiens president Giorgio Napolitano har benådat en amerikansk flygvapenöverste dömd i sin frånvaro för överlämnandet av en egyptisk imam 2003.