Bondevik, som sade att han reste med sitt diplomatpass, hölls fången i ungefär en timme.
Han sa att hans pass också indikerar att han är en före detta premiärminister.
Invandringstjänstemän berättade för honom att det var orelaterat till president Trumps tillfälliga förbud mot iranska medborgare.
I stället fick han höra att det gällde 2015 års lag som sätter extra restriktioner för länder som ingår i USA:s program för viseringsundantag, enligt en intervju med ABC7-nyheter.
Men Bondevik sade att han aldrig har haft något problem med att resa till USA med samma dokument före Trumps order.
Under sin resa 2014 talade han mot extremism vid en internationell konferens på uppdrag av människorättsorganisationen Oslo Centre, där han är ordförande.
Iran är ett av de sju länder som påverkas av den kontroversiella verkställande ordern från den nya presidenten.
"Jag blev förvånad, och jag blev provocerad", sade han, vilket tyder på att omnämnandet av Iran hade gjort honom "sticka ut".
"Det finns ingen anledning att vara rädd för en före detta regeringschef som har varit på officiella besök flera gånger i detta land, även i Vita huset", berättade han norska TV-programföretag.
Den tidigare premiärministern flög till USA för att närvara vid det nationella bönefrukostevenemanget i Washington - som president Donald Trump också deltog i.
Norges förre premiärminister, Kjell Magne Bondevik, sa att han var häktad på en amerikansk flygplats tidigare i veckan eftersom han hade besökt Iran 2014.