Förslaget till lagstiftning antogs med 494 röster för, 122 röster emot och flyttas nu till överhuset.
Shadow Business sekreterare Clive Lewis var en av 52 Labour MPs att trotsa parti order att stödja lagförslaget och han avgick från fronten bänken.
PM Theresa May vill sätta igång formella Brexitsamtal i slutet av mars.
Hon kommer att göra detta genom att åberopa artikel 50 i Lissabonfördraget, men kräver parlamentets tillstånd innan hon gör det.
Lewis, som tidigare sade att han var obeslutsam om huruvida han skulle stödja Europeiska unionen (meddelande om utträde) Bill, meddelade sin avgång som parlamentsledamöter började rösta för sista gången.
Han sade att han "inte med gott samvete kan rösta för något som jag tror i slutändan kommer att skada den stad som jag har äran att representera, älska och kalla hem".
Ledare Jeremy Corbyn sade att han förstod de svårigheter som rösten presenterade några av hans parlamentsledamöter men sade att de hade beordrats att stödja artikel 50 eftersom partiet inte skulle "blockera Brexit".
Shadow Home sekreterare Diane Abbott, som missade förra veckans första omröstning om lagförslaget, backade upp det den här gången.
Hon berättade för BBC hon hade "en hel del betänkligheter om idén om en Tory Brexit" och förutspådde Storbritannien skulle "komma att ångra det", men tillade: "Jag är en lojal medlem av skuggskåpet och jag är lojal mot Jeremy Corbyn."
Labourupproret var fem parlamentsledamöter upp på förra veckans omröstning, medan f.d. förbundskansler Ken Clarke återigen var den enda konservativa att rösta emot två-klausul propositionen.
Under omröstningen tillrättavisades SNP:s ledamöter av vice talman Lindsay Hoyle efter att de börjat sjunga Ode till Joy, Europeiska unionens hymn.
Efteråt hyllade Brexit-minister David Davis den "historiska omröstningen", och tillade: "Det är nu dags för alla, oavsett hur de röstade i folkomröstningen, att förena sig för att lyckas med den viktiga uppgift som står till buds för vårt land."
Peers kommer nu att överväga lagförslaget, och en statlig källa sade till BBC:s politiska redaktör Laura Kuenssberg: "Om Lords inte vill möta en överväldigande offentlig uppmaning att avskaffas måste de gå vidare och skydda demokratin och godkänna detta lagförslag."
Tidigare överlevde lagförslaget flera försök att ändra sin ordalydelse och lägga till ytterligare villkor.
Bland dessa fanns Labours parlamentsledamot Harriet Harmans försök att skydda EU-medborgarnas uppehållsrätt i Förenade kungariket, som förkastades med 332 röster mot 290, med tre konservativa parlamentsledamöter som gjorde uppror.
Ett liberaldemokratiskt bud på en folkomröstning om villkoren för att Storbritannien skulle lämna EU besegrades med 340 röster mot 33.
Efteråt twittrade Corbyn: " Nu börjar verklig strid. Under de kommande två åren kommer Labour att utnyttja varje möjlighet att se till att Brexit skyddar jobb, levnadsstandard och ekonomi."
Men den skotske förste ministern Nicola Sturgeon anklagade honom för att ge de konservativa en "blank check".
Hon twittrade: " Du vann inte en enda eftergift utan röstade ändå för lagförslaget. Patetiskt."
Lagförslaget kommer att debatteras i överhuset efter att det har återvänt från rasten den 20 februari.
Den liberaldemokratiska ledaren Tim Farron lovade partiets kamrater att försöka ändra lagförslaget i Lords, inklusive ytterligare ett försök att säkerställa en folkomröstning om den slutliga Brexit-överenskommelsen.
Parlamentsledamöterna har med överväldigande majoritet gått med på att låta regeringen börja Förenade kungarikets avgång från EU när de röstade för Brexit-förslaget.