Enligt den sista opinionsundersökning som publiceras i El País får Vox cirka 11 procent av rösterna i valet, skriver BBC News.
Socialistpartiet PSOE spås bli störst med 30 procent av väljarstödet, följt av det liberalkonservativa Partido Popular på 20 procent.
Partido Populars ledare Pablo Casado har öppnat för att låta Vox ingå i en regeringskoalition av högerpartier.
Partiledaren för Vox, Santiago Abascal, sade i samband med att han själv lade sin röst att han förväntar sig ett "historiskt" valresultat.
Vox är ett nationalistiskt parti som motsätter sig mångkultur och självstyre för regioner som Katalonien.
Vallokalerna i Spanien stänger klockan 20.
