Mokhtar Belmokhtar dödades i den östra staden Ajdabiya, ett uttalande från Libyens regering sade.
USA säger att Belmokhtar var måltavla och strejken var framgångsrik, men det är att bedöma operationens resultat och skulle ge detaljer "på lämpligt sätt".
Mokhtar Belmokhtars död har rapporterats många gånger tidigare.
Född i Algeriet, Belmokhtar var en före detta högt uppsatt person i al-Qaida i Islamiska Maghreb (AQIM), men lämnade för att bilda sin egen milis.
Han fick kännedom om attacken mot gasverket i In Amenas i Algeriet 2013, då omkring 800 personer togs som gisslan och 40 dödades, varav de flesta var utlänningar, däribland sex britter och tre amerikaner.
USA har åtalat honom för terrordåd och tjänstemän sa att de trodde att han fortfarande var ett hot mot västliga intressen.
"Belmokhtar har en lång historia av ledande terroristverksamhet som medlem av AQIM, är operativ ledare för al-Qaida-associerad al-Murabitoun organisation i nordvästra Afrika, och upprätthåller sin personliga lojalitet till al-Qaida," säger Pentagon talesman överste Steve Warren.
Den libyska regeringen sade att strejken kom efter samråd med USA. Deras uttalande sade att det resulterade i "terroristen Belmokhtars" död.
Libyen har varit i kaos sedan Muammar Khadaffis uttåg 2011.
Dess internationellt erkända parlament är i exil i Tobruks östra hamn.
Ett rivaliserande parlament, den islamistdominerade allmänna nationalkongressen, ligger nästan 1.000 km västerut i Tripoli.
Rivalmilisen har kämpat för att fylla maktvakuum, med islamiska statliga militanter slåss mot andra islamister i öst.
En av de främsta islamistiska militanterna som beordrade en dödlig attack på en algerisk gasfabrik för två år sedan har dödats i ett amerikanskt flyganfall i Libyen, säger tjänstemän.