Spelet satte ett nytt rekord för den mest bevakade händelsen i amerikansk TV, slå förra årets publik på 112,2 miljoner.
Visningen nådde en topp på 120,8 miljoner under det sista kvartalet, vilket såg New England Patriots slå Seattle Seahawks 28-24.
Omkring 118,5 miljoner såg Katy Perrys halvtidsshow - tre miljoner fler än förra årets show med Bruno Mars.
Betygskompilatorn Nielsen sa att 12 minuters performance - som också presenterade Lenny Kravitz och Missy Elliot - lockade den största halvtid publiken sedan 1991.
NBC, som sänder spelet, sade att den faktiska publiken var sannolikt att ha varit högre eftersom officiella betyg inte räkna människor tittar på platser som sport barer.
Ytterligare 600 000 tittare tittade på spelet med spanska-språkannonsörer på NBC: s Universo kabelnätverk.
NBC Sports erbjöd också en live stream till datorer och surfplattor - locka i genomsnitt 800.000 personer, enligt Adobe Analytics.
Efter matchen, uppskattningsvis 26,5 miljoner människor höll sina TV-apparater på NBC för att titta på en episod av James Spader brott dramat The Blacklist, vilket gör det mest tittade skriptprogram på nätverket i mer än ett decennium.
Nästa års Super Bowl kommer att spelas i Santa Clara, Kalifornien, och kommer att sändas av CBS.
Ett uppskattat genomsnitt på 114,4 miljoner människor såg söndagens Super Bowl på NBC, enligt de första siffrorna.