Det är den sociala nätverksjättens största förvärv hittills.
WhatsApp har mer än 450 miljoner månatliga användare och är populär bland människor som vill undvika textmeddelanden avgifter.
I ett uttalande om affären beskrev Facebook-grundaren Mark Zuckerberg WhatsApps tjänster som "otroligt värdefulla".
WhatsApp gör det möjligt för användare att skicka meddelanden via internetanslutningar, undvika textmeddelanden avgifter. Företaget hävdar att det för närvarande registrerar en miljon nya användare om dagen.
Det tjänar pengar genom att ladda användarna en prenumerationsavgift på $ 1 per år, även om det erbjuder en gratis modell också.
Affären att köpa den innehåller $4 miljarder i kontanter och cirka $12 miljarder-värde av Facebook-aktier, plus ytterligare $3 miljarder i lager till WhatsApps grundare och anställda vid ett senare tillfälle.
På en konferenssamtal för att diskutera affären, WhatsApp medgrundare Jan Koum sade att han planerade att driva företaget "oberoende och självständigt". Han kommer också att bli medlem i Facebooks styrelse.
"Vi är glada och hedrade att samarbeta med Mark och Facebook som vi fortsätter att föra vår produkt till fler människor runt om i världen," Mr Koum sade i ett uttalande.
José María Zuckerberg sade att utsikterna till ett avtal för bara elva dagar sedan först hade löpt ut.
Av Richard Taylor North America Technology Correspondent
Att Facebook köpte WhatsApp är mindre av en överraskning än det stora belopp det har varit villiga att betala för det.
Vissa ser prislappen på 19 miljarder dollar som ytterligare bevis på svullna värderingar av företag eftersom sektorn upplever vad som ännu kan visa sig vara en annan dotcombubbla.
WhatsApp ger Mark Zuckerberg tillträde till internationella marknader och, vilket är viktigt, till en yngre demografi. Men vad som är mindre tydligt är om finanserna kommer att öka på lång sikt.
WhatsApp har upprepat sitt engagemang för en annonsfri tjänst, väljer att debitera användarna bara $ 1 per år. Enligt detta scenario kommer den att behöva fortsätta sin tillväxtbana för att säkerställa eventuell ekonomisk avkastning till Facebook.
Men Adverts är avgörande för Facebooks egen affärsmodell - och trycket på den att tjäna pengar på sin nya WhatsApp-användarbas på samma sätt kan visa sig alltför frestande att motstå.
Facebook grundare sade att han trodde WhatsApp var på rätt spår för att ha en miljard användare, men insisterade på att han hade inga planer på att placera reklam på WhatsApp gränssnitt, säger att han inte trodde att annonser var det bästa sättet att tjäna pengar från meddelandesystem.
När affären är klar kommer mr Koum och medgrundaren Brian Acton att bli Silicon Valleys nyaste miljardärer.
WhatsApp har totalt cirka 50 anställda.
Cathy Boyle, en senior analytiker på forskningsföretaget eMarketer, sade WhatsApp var värdefull för Facebook av flera skäl utöver reklam, inklusive dess yngre användarbas och dess popularitet utomlands.
"WhatsApp faktiskt har större penetration på en hel del internationella marknader än Facebook," Ms Boyle berättade BBC.
Hon tillade att det var anmärkningsvärt att Facebooks ekonomichef David Ebersman hänvisade till telekommunikationsindustrin när han diskuterade företagets köp.
"WhatsApp försöker att siphon de miljarder som telekomindustrin skulle göra från [traditionella SMS-meddelanden]", sade hon.
Ben Bajarin, från Kalifornien-baserade teknikkonsulter Creative Strategies, berättade BBC Radio 4's Today program att affären skulle tillåta Facebook att dra nytta av en snabbt växande marknad.
"WhatsApp är på en väg mot en miljard användare", sade han. "De växer exponentiellt - mycket, mycket snabbare än Facebook.
"För Facebook är detta ett viktigt tillväxtområde där, även om de inte monetarisera denna produkt, är detta ett sätt att Facebook kan få nästa miljard smartphone konsumenter i sitt ekosystem... att röra dem och engagera sig med dem på andra sätt än bara Facebook-plattformen."
Aktierna i Facebook sjönk 5% i efter timmar handel innan återhämtning något.
Innan förvärvet hade Facebooks största köp varit Instagram för 1 miljard dollar 2012.
Det hade också enligt uppgift erbjudit $ 3 miljarder för att förvärva fotomeddelanden tjänsten Snapchat.
Facebook har köpt meddelande app WhatsApp i en affär värd totalt 19 miljarder dollar (11,4 miljarder pund) i kontanter och aktier.