Mr Dewani, 34, anklagas för att ha beordrat mordet på sin nya fru, 28-årige Anni, som sköts i Kapstaden i november 2010. Han förnekar mord.
Bristols affärsman har kämpat mot utlämning i tre år men förlorade sin senaste vädjan.
Mr Dewani förväntas infinna sig vid västra Kapernas högsta domstol på tisdag.
I ett uttalande Scotland Yard sade: "Shrien Dewani, 34, har idag, 7 April, på ca 20:00hrs utlämnats från Storbritannien till Sydafrika."
Han fördes från Fromeside Hospital, en säker mentalvårdsenhet i Bristol, till stadens flygplats av poliser från Metropolitan Police Service Extradition Unit.
Befälen möttes på flygplatsen av representanter från de sydafrikanska myndigheterna som eskorterade honom på flygningen till Sydafrika.
Dewani greps ursprungligen av tjänstemän från utlämningsenheten den 7 december 2010 på begäran av de sydafrikanska myndigheterna.
Fru Dewanis familj, en svensk medborgare, välkomnade utlämningen och tillade att de "behövde rättvisa".
Mr Dewani och hans fru hölls under pistolhot medan de kördes i en taxi genom Gugulethu township nära Kapstaden.
Han kastades ur bilen senare den kvällen och mrs Dewanis kropp hittades nästa dag med ett enda skottsår i nacken.
Anish Hindocha, som talade vid en nyhetskonferens tidigare, sade: " Det har varit mycket svårt.
"Det finns inget liv i vår familj längre, vi kämpar. Med hjälp av det sydafrikanska folket, med hjälp av det brittiska folket, försöker vi åtminstone klara av det."
Hindocha sade att den utdragna rättsliga kampen för att Dewani skulle utlämnas hade varit "mycket tung" för familjen.
Mrs Dewanis farbror Ashok Hindocha sa att familjen skulle närvara vid domstolsförhandlingen.
Han sade: " Från och med i dag kommer detta fall att handla om Anni. Hittills har det inte handlat om vad som hände henne.
"Rättssystemet är som det är. Vi blev naturligtvis mycket förvånade över att det tog så lång tid. Det finns en nation, en mäktig nation som kallas Förenade kungariket, som har ett fördrag med Sydafrika.
"Det fördraget utmanades, så vi är glada att det gick igenom. Tyvärr tog det lång tid."
Dewanis advokater hävdade att han inte borde tvingas från Storbritannien att ställas inför rätta förrän han hade återhämtat sig från psykiska hälsoproblem, inklusive depression och posttraumatiskt stressyndrom.
Men förra månaden avslog domare i Högsta domstolen hans överklagande och nekade honom chansen att ta fallet till Högsta domstolen.
De höll med de sydafrikanska myndigheterna om att om Dewani inte kunde ställas inför rätta inom 18 månader skulle han återföras till Förenade kungariket.
Det sydafrikanska justitiedepartementet sa att Mr Dewani kommer att föras direkt till domstol efter att han landar och förväntas infinna sig vid Västkaps högsta domstol, där han kommer att åtalas formellt.
Han kommer att åtföljas av en läkare, sjuksköterska och poliser under resan, eftersom han är "en patient och misstänkt som är i polisens förvar".
Journalister får filma inne i rättssalen men alla kameror måste stängas av så fort domaren kommer in i rummet.
Det är underförstått att Dewanis juridiska grupp skulle kunna ansöka om borgen. Om det vägras kommer han att föras till Valkenberg, en psykiatrisk anläggning, som BBC:s Karen Schoonbee i Kapstaden förstår.
Tre män har dömts och fängslats för fru Dewanis död, inklusive taxichauffören Zola Tongo, som fick 18 år efter att ha erkänt sin roll i mordet.
Xolile Mngeni, som åklagare hävdar var mördaren, dömdes för överlagt mord över skottlossningen, och en annan medbrottsling, Mziwamadada Qwabe, erkände sig skyldig till mord och dömdes till 25 års fängelse.
Honeymoon mordmisstänkt Shrien Dewani har utlämnats från Storbritannien till Sydafrika, Scotland Yard har sagt.