Företaget har gjort en aktieaffär värd så mycket som 2,8 miljarder dollar (1,9 miljarder pund).
Tesla aktier föll 10% i utökad handel efter tillkännagivandet medan SolarCity hoppade 23%.
Kalifornien-baserade Tesla är känd som en pionjär inom elbilar men sedan förra året har också sålt batterier som kan driva hem och företag.
Tesla verkställande direktör Elon Musk beskrev affären som en "no brainer".
Han sade att det skulle förvandla Tesla till "världens enda vertikalt integrerade energiföretag som erbjuder end-to-end rena energiprodukter", från solpaneler och hemlagringsbatterier till elektriska fordon.
Elon Musk är hårt pressad att göra Tesla lönsam. Vägen till det målet är tvåfaldig. Bilarna kan till slut föra in stora pengar, men de utgifter som behövs för att finansiera tillverkningen av fordonen är mycket större än vad försäljningen medför.
Men medan Tesla anses vara en biltillverkare först och främst, de verkliga pengarna kan vara i att sälja energiteknik. Dess enorma Gigafactory, som öppnar i sommar, kommer att kunna göra batterier för mycket mer än bilar.
Köpet av SolarCity fanns alltid på korten. Musk är redan styrelseordförande och största aktieägare, och bolagets verkställande direktör, Lyndon Rive, är Musks kusin.
Vissa ifrågasätter varför Tesla var tvungen att köpa SolarCity snarare än att bara arbeta nära med det. SolarCity har kämpat på sistone, så vissa kallar detta en Tesla-finansierad räddningsaktion.
USA: s elbilstillverkare Tesla har erbjudit sig att köpa solpanelföretaget SolarCity i ett försök att utöka sin verksamhet för ren energi.