Det ger amerikanska styrkor tillgång till Stillahavsnationens hamnar och flygplatser i ett försök från Washington att motverka Kinas inflytande i regionen.
– Ett försvarssamarbetsavtal är gjort, säger premiärminister James Marape, sida vid sida med USA:s utrikesminister Antony Blinken strax innan mötet i önationens huvudstad Port Moresby.
Under måndagens möte deltar även Indiens premiärminister Narendra Modi och ytterligare 14 ledare från Stillahavsregionen.
USA:s president Joe Biden skulle egentligen ha varit den som åkte till Papua Nya Guinea. Men i torsdags meddelade USA att utrikesminister Blinken ersätter Biden, som i stället återvände hem efter ett G7-möte i Japan då USA står inför en akut skuldkris.