Helen Zille sade att "tiden var rätt" för henne att kliva åt sidan och tillade att åklagaren skulle dra nytta av färskt blod.
Hon kommer att förbli premiärminister i Western Cape-provinsen fram till 2019.
Zille, tidigare journalist och antiapartheid-kampanjör, har lett partiet sedan 2007.
"Denna typ av beslut är en lång tid kommer, men i slutändan de görs plötsligt", sade hon.
Ms Zille föddes 1951 av tyska invandrare. Hon har varit en stark försvarare av Sydafrikas liberala konstitution och håller koll på det ledande ANC-partiets överväldigande makt.
Tidigare har hon öppet kritiserat president Jacob Zuma och lett en kampanj för att ställa honom inför rätta för att möta anklagelser om mutor.
Zuma förnekade anspråken och insisterade på att han var offer för en "politisk konspiration".
DA:s stöd är huvudsakligen koncentrerat till västra Kapprovinsen, som har en stor vit och blandad befolkning, men Zille hade försökt göra intrång i de svarta väljarna.
Ledaren för Sydafrikas opposition, den demokratiska alliansen, har sagt att hon inte kommer att ställa upp för omval vid partiets kongress nästa månad.