Han åtalas bland annat för gisslantagande, kidnappning och konspirering för att använda ett massförstörelsevapen.
Belmokhtar är fortfarande på fri fot och USA erbjuder en $5m (3,2m) belöning för information som leder till hans gripande.
Tre amerikanska medborgare var bland minst 37 döda som gisslan när algeriska trupper stormade Tigantourin anläggningen.
Dagar tidigare hade beväpnade män beslagtagit lokala och utländska arbetare vid anläggningen.
"Belmokhtar förde terror och blod till dessa oskyldiga människor och nu har vi för avsikt att ställa Belmokhtar inför rätta", säger Preet Bharara, amerikansk advokat för södra distriktet i New York, i ett uttalande.
Typ: al-Qaida i Nordafrika
De anklagelser som avslöjades på fredag sade Belmokhtar hade dykt upp i en online video dagen efter belägringen slutade, hävdar att han hade genomfört attacken på uppdrag av al-Qaida.
George Venizelos, chef för FBI:s kontor i New York, sade anklagelserna "beskriva en fanatisk jihadist som leder en extremistisk förtrupp till en extremistisk ideologi".
Belmokhtar är en före detta ledande person i al-Qaida i Islamiska Maghreb (AQIM) men tros nu leda en grupp militanter som är känd på olika sätt som signed-in-Blood Battalion, Masked Men Brigade och Khaled Abu al-Abbas Brigade.
Han utsågs till utländsk terrorist av USA:s finansdepartement 2003.
Gisslankrisen började den 16 januari när militanterna anföll två bussar som transporterade utländska arbetare från Tigantouringasanläggningen nära Amenas i östra Algeriet.
Militanterna tog utländska arbetare som gisslan vid gasanläggningen, som snabbt omgavs av den algeriska armén. Specialstyrkor stormade bostadsområdet den 19 januari och gasreningsverket två dagar senare.
Minst 29 militanter dog också i skottlossningen.
Amerikanska åklagare har anklagat militant islamistisk ledare Mokhtar Belmokhtar för en dödlig belägring vid en algerisk gasanläggning i januari.