Den Manx ryttare, 24, avslutade 22:a på den sista tid test för att toppa den allmänna klassificeringen med 12 sekunder före sin Team Sky lagkamrat Dario Cataldo.
Cataldo vann den sista dagens 10 km individuella tid rättegång för att göra det en-två för det brittiska laget.
Det är som att vara i drömlandet. Att vinna fyra av fem steg är inte en vanlig sak att göra men laget var super stark denna tävling
Segern är Isle of Man cyklistens första etapp-race triumf av sin professionella karriär.
Han sade senare på Twitter: "Var en nervös tid rättegång igår med mina tri barer kommer loss men trevligt att äntligen avsluta det och har Dario på podiet med mig."
Det brittiska laget dominerade loppet efter Isle of Man-baserade Ben Swift vann öppningsscenen på torsdag innan en kvartett Team Sky ryttare vann eftermiddagens tid rättegång.
Kennaugh spelade in den första etappens seger av sin karriär på fredag och Manxman avstod inte ledarens tröja.
Team Sky regissören Dan Frost sade: "Det var ett perfekt slut på en perfekt vecka för oss.
"Det är som att vara i drömlandet. Att vinna fyra av fem steg är inte en vanlig sak att göra men laget var super stark denna tävling.
"Nu har Dario vinna rättegången och att flytta upp för att göra det en en-två övergripande är också ett riktigt trevligt resultat. Vi vann poäng jersey med Swifty, laget klassificering och det var verkligen trevligt att se Pete ta helheten.
"Det är bra för moralen att gå framåt."
Peter Kennaugh spelade in en milstolpe i Settimana Coppi och Bartali i Italien på söndag.