APDet avgörande segerrycket kom när fem kilometer återstod.
Wansirus fartökning gav honom en lucka till marockanen Jaouad Gharib som slutade tvåa, slagen med 44 sekunder.
Etiopiens Tsegay Kebede spurtade inne på Olympiastadion om sin landsman Deriba Merga och tog bronset, 3.28 efter.
-Jag var nära att bli avhängd flera gånger men när han (Wansiru) ryckte sista gången orkade jag inte följa honom längre, sade tvåan Gharib.
I sitt livs tredje maratonlopp satte 21-årige Wansiru fart på tävlingen direkt. Från starten på den Himmelska fridens torg var det den unge kenyanen som drog den första milen.
Han var också den mest aktive i tätgruppen under resten av loppet.
-Min taktik var att hålla ett högt tempo, sade Wansiru, som i London tidigare i år sprang på 2.05. 24.
-Men i dag tänkte jag inte på någon tid. Det var väldigt svåra förhållanden i hettan och det enda jag hade i tankarna var att ta en medalj.
Nästa års VM tänker han inte ställa upp i. I stället kommer kenyanen att sikta in sig på Berlins maraton och Haile Gebrselassies världsrekord från september i fjol på 2.04.26.
De tre snabbaste maratonloppen i världen har löpts i Berlin.
-Jag tror att jag har en bra chans att slå den tiden i Berlin, sade Wansiru.
Segern var Kenyas första i ett olympiskt maratonlopp.
TT
