Ledare från båda nationerna bekräftade att man hade kommit fram till en slutsats efter samtal som pågick i mer än två år.
Affären förväntas undertecknas på måndag och täcker 17 områden som e-handel, sade kinesiska tjänstemän.
Kina är Sydkoreas största handelspartner och deras bilaterala handel ökade till $228,9 miljarder pund ( £143 miljarder) 2013.
Sydkorea har haft ett handelsöverskott med Kina sedan 1993, och överskottet var i fjol 62,8 miljarder dollar, enligt sydkoreanska uppgifter.
"Sydkoreanska och kinesiska ledare idag förklarade en effektiv avslutning av frihandelsavtalet vid ett toppmöte som hölls i den stora folksalen i Peking", sade ett uttalande från Koreas presidentkontor, hänvisar till ett möte Sydkoreanska president Park Geun-hye med Kinas president Xi Jinping på Apec toppmötet.
Lokala media rapporterar att affären inkluderade en övergång till att ta bort tullar på över 90 procent av varor under de kommande två decennierna.
Med Kina och Sydkorea är världens första respektive sjunde största exportörer, en bindning mellan de två är avgörande för regionens ekonomiska tillväxt.
Sydkorea, Asiens fjärde största ekonomi, har redan handelsavtal med EU och USA.
Kina och Sydkorea kommer att underteckna ett frihandelsavtal som syftar till att undanröja de flesta handelshindren mellan länderna.