Au total, 314.000 résidents de l'archipel et 47.000 Cap-Verdiens vivant à l'étranger sont inscrits sur les listes électorales.
A Praia, la capitale, dans un bureau de vote près du centre-ville, les électeurs ont commencé à voter dans le calme à 08H00 (09H00 GMT), selon une journaliste de l'AFP. La clôture du scrutin est prévue à 19H00.
M. Fonseca, 66 ans, candidat du Mouvement pour la Démocratie (MPD, libéral, au pouvoir), est face à deux candidats indépendants, Joaquim Monteiro, 76 ans, qui avait remporté 2,1% des voix en 2011, et Albertino Graça, 56 ans, un universitaire.
Un second tour est prévu si aucun des candidats n'obtient la majorité absolue. M. Fonseca, chef de l'Etat sortant, est crédité par les sondages de quelque 70% des voix, en l'absence de l'habituelle confrontation avec le Parti africain de l'indépendance du Cap-Vert (PAICV, socialiste, ex-parti unique), qui n'a pas désigné de candidat.
Le PAICV, défait aux élections législatives après 15 ans à la tête du pays, puis aux municipales du 5 septembre, a décidé de ne pas donner de consigne de vote à ses militants.
M. Fonseca,avait été élu au second tour en août 2011 avec plus de 54% des voix, face à Manuel Inocencio Sousa, du PAICV.
Cet archipel d'Afrique de l'Ouest, ancienne colonie portugaise, considéré comme un "modèle de démocratie" sur le continent, est réputé pour sa stabilité politique et sa bonne gouvernance.
Il est doté d'un régime semi-parlementaire dans lequel l'exécutif est dominé par le Premier ministre, le président jouant davantage un rôle d'arbitre.
Le scrutin doit être supervisé par 29 observateurs de l'Union africaine (UA) et une vingtaine de la Communauté économique des Etats de l'Afrique de l'Ouest (Cédéao). La campagne pour l'élection présidentielle s'est achevée vendredi sans incident ni grande effervescence.
Avec AFP