Högsta förvaltningsdomstolen avslog regeringens överklagande av en lägre domstols beslut att inte överlämna Tiran och Sanafir.
Skålar bröt ut när domaren avkunnade domen och sade att regeringen hade misslyckats med att bevisa att öarna ursprungligen var saudiska.
Överlåtelseavtalet, som undertecknades i april förra året, utlöste sällsynta protester i Egypten.
Tiran och Sanafir ligger vid mynningen av Aqababukten. De är obebodda förutom egyptiska trupper och multinationella fredsbevarare.
President Abdul Fattah al-Sisi sade att öarna alltid hade tillhört Saudiarabien och att Riyadh hade bett Egypten att stationera trupper där 1950 för att skydda dem.
Men Sisi anklagades för att bryta mot författningen och "sälja" öarna i utbyte mot ett biståndspaket på flera miljarder dollar som kung Salman tillkännagav under ett besök i Kairo.
Saudiarabien har stött Sisi ekonomiskt sedan han ledde militärens störtande av sin islamistiska föregångare Mohammed Morsi 2013.
Uproar vid gränsen till sjöss ledde till protester över hela Egypten där hundratals människor fängslades, enligt människorättsaktivister.
En grupp advokater, däribland f.d. presidentkandidaten Khaled Ali, ifrågasatte också avtalet vid en förvaltningsdomstol.
Ali hävdade att det i ett havsfördrag från 1906 mellan Egypten och det ottomanska imperiet angavs att öarna var egyptiska. Kungadömet Saudiarabien upprättades inte förrän 1932.
I juni ogiltigförklarade domstolen gränsavtalet och slog fast att Egyptens suveränitet över öarna inte kunde ändras till förmån för en annan stat.
Regeringen överklagade därefter till högsta förvaltningsdomstolen. Det är en del av statsrådet, ett rättsligt organ som ger juridisk rådgivning till regeringen, utarbetar lagstiftning och utövar jurisdiktion över administrativa ärenden.
På måndagen sade Högsta förvaltningsdomstolen att det var domstolens "enhälliga" beslut att Tiran och Sanafir var suveräna egyptiska territorier.
Advokater och aktivister firade och sjöng: "Dessa öar är egyptiska."
"Denna dom är en seger för Egypten," Mr Ali, som genomfördes ut ur domstolen byggnad på axlarna av sina anhängare, berättade Reuters nyhetsbyrå.
Det fanns inget omedelbart svar från de egyptiska eller saudiska regeringarna.
En högsta egyptisk domstol har försvarat ett utslag som stoppar en plan för att överföra två Röda havets öar till Saudiarabien.