Kun Shan Chun, en naturaliserad amerikansk medborgare född i Kina och känd som Joey, medgav i domstol att skicka känslig information till en kinesisk tjänsteman.
Justitieminister Preet Bharara sa att han hotat landets säkerhet genom ett "duplicit" svek.
Chun "djupt ångrar" vad han gjorde och älskar USA, sade hans advokat.
Medan han kunde ställas inför ett fängelsestraff på upp till 10 år i fängelse, kom regeringen och försvaret överens om ett straff på mellan 21 och 27 månader "skulle vara lämpligt", rapporterar New York Times, med hänvisning till grundavtalet.
Den kinesiska ambassaden i Washington har ännu inte kommenterat, rapporter från Associated Press.
Chun, 46, arbetade för FBI som elektroniktekniker från 1997 tills han greps i mars.
Han introducerades för en kinesisk regeringstjänsteman under en resa till Italien och Frankrike 2011, säger justitiedepartementet, och de fortsatte att träffas privat utomlands.
Han anklagas för att ha dolt sina kontakter med minst en kinesisk regeringstjänsteman och ett kinesiskt teknikföretag, Zhuhai Kolion, där han hade ett "indirekt ekonomiskt intresse", enligt justitiedepartementet.
Domstolspapper i New York sade i 2013 han skickade en namnlös kinesisk tjänsteman ett diagram som visar FBI: s organisationsstruktur och två år senare skickade foton av begränsade dokument om övervakningsteknik.
Chun gav också identitet och reseschema för en FBI-agent, biträdande amerikanska åklagaren Emil Bove sade.
Han belönades ekonomiskt och genom förmåner som semester och hotellvistelser, enligt myndigheterna.
Enligt klagomålet greps han efter att ha erbjudit sig att hjälpa en hemlig agent att överföra känslig statlig information till sina kinesiska medarbetare.
En FBI-anställd med topphemlig säkerhetsprövning har erkänt sig skyldig till att agera som en "agent för den kinesiska regeringen", säger USA.