Mr Trudeau skålade för de två nationerna som "syskon" vid en statsmiddag.
Barack Obama höjde sitt glas i Vita huset till den "stora alliansen" och skämtade om Trudeaus tidigare arbeten.
"Om saker och ting går överstyr, kom ihåg premiärministern brukade arbeta som dörrvakt," sade Mr Obama.
I en skämtsam hänvisning till den kanadensiskfödde presidentkandidaten Ted Cruz sa Obama: "Var annars kunde en pojke som föddes i Calgary ställa upp i presidentvalet i USA?"
En överdådig statsmiddag hölls för Mr Trudeau och hans fru Sophie Gregoire-Trudeau, med poutine, Nanaimo barer och vit choklad snöbollar.
Under Trudeaus skål hänvisade han till de 25 000 flyktingar från Syrien som har anlänt till Kanada under de senaste fyra månaderna och sade att "mångfald kan vara en källa till styrka".
Mer än hälften av USA:s guvernörer motsätter sig att flyktingar får bosätta sig i sina stater.
Ett nytt liv i Kanada för syriska flyktingar
Kan Trudeau vara vad Obama inte kunde?
Vad kanadensarna gör med det amerikanska valet
Efter ett privat möte i Vita huset sade Trudeau att han hade lärt sig mycket av "min vän Barack", som han beskrev som "en man med både ett enormt hjärta och ett enormt intellekt".
Tidigare sade Barack Obama att de två ledarna delar "en gemensam syn" och att Trudeau hade tillfört "ny energi och dynamik inte bara till Kanada utan till förhållandet mellan våra nationer".
Han tillade att USA och Kanada var "välsignade över att vara grannar".
Ledarna har lovat samarbete om liberalisering av investeringar och handel, främjande av ren energi och förhindrande av utländska stridande från att resa till Mellanöstern.
Mr Trudeau kom med gåvor till den första familjen: ett par kanadensiskgjorda hundstövlar som heter "Muttlucks" för sällskapsdjurshundarna, en beaded cape för fru Obama, en aboriginstaty för herr Obama, och halsdukar för presidentens döttrar.
Inför mötet meddelades i ett gemensamt uttalande om miljösamarbete att USA och Kanada skulle minska metanutsläppen med 40–45 % under 2012 års nivåer fram till 2025.
De enades också om att fastställa "världsklassnormer" för kommersiell verksamhet i Arktis, inklusive olje- och gasprospektering.
Förbindelserna mellan USA och Kanada hade tidigare lidit på grund av energiproblem, när Obamas administration motsatte sig Keystone XL-ledningen, som var avsedd att transportera olja från kanadensisk tjärsand i Alberta till USA:s Gulfkust.
President Obama, 54, ser i den unga ledaren en man som delar hans progressiva politik, liksom hans tidiga retorik om hopp och förändring, BBC: s Barbara Plet-Usher rapporterar från Washington.
Trudeaus optimistiska valplattform har fått många att göra jämförelser med början av Barack Obamas ordförandeskap och några amerikanska liberaler att göra avundsjuka jämförelser med USA:s politiska scen.
Som Donald Trump befäste sin position som föregångare för den republikanska presidentvalet tidigare denna månad, det fanns även en spik i internet sökningar om hur man flyttar till Kanada.
I Washington valde Trudeau noggrant sina ord efter att ha blivit tillfrågad av reportrar om sina åsikter om förbindelserna mellan USA och Kanada under ett ordförandeland i Donald Trump eller Ted Cruz.
Han sade att han såg fram emot att arbeta med den som de amerikanska väljarna valde till Vita huset.
USA:s president Barack Obama och Kanadas nye premiärminister Justin Trudeau har prisat varandra under det första officiella besöket av en kanadensisk ledare på nästan 20 år.