Vid en gemensam nyhetskonferens i Vita huset sade Barack Obama att de hade kommit överens om att inget av länderna skulle ägna sig åt cyberekonomisk spionage.
Affären omfattar stöld av affärshemligheter men inte nationell säkerhetsinformation.
President Xi lovade också att begränsa utsläppen av växthusgaser.
Barack Obama sade att en upptrappning av Kinas påstådda it-brottslighet mot USA skulle påskynda sanktionerna.
"Det måste sluta", sa han. "Frågan är nu, följs orden av handling?"
Han reflekterade över användningen av sanktioner mot antingen individer, företag eller statliga företag, sade han: "Vi kommer att tillämpa dessa, och vilka andra verktyg vi har i vår verktygslåda, för att gå efter cyberbrottslingar antingen retrospektivt eller prospektivt."
Båda länderna förnekar att de tar del i cyberstöld av affärshemligheter.
Den kinesiska presidenten sade att de två länderna inte skulle "vetande stödja" sådana metoder och sade att de båda skulle följa "normer för beteende" i cyberrymden.
"Konfrontation och friktion är inte rätt val för båda sidor", sade Xi, talar genom en översättare.
Den cyberstöld av immateriella rättigheter som utformats för att gynna den kinesiska industrin beskrevs av den tidigare nationella säkerhetsmyndigheten direktör Keith Alexander som "den största överföringen av rikedom i historien".
Amerikanska tjänstemän har hävdat att den kinesiska staten låg bakom ett massivt datasäkerhetsbrott mot statliga databaser samt attacker mot privata företag. Denna typ av överträdelse omfattas inte av detta avtal.
Kinas president Xi Jinping bar en mörk kostym och stod på ett podi under lunchen på den amerikanska UD.
Bakom honom stod hans värdar, USA:s vicepresident Joe Biden och USA:s utrikesminister John Kerry. Rummet var fyllt med nuvarande och tidigare tjänstemän, däribland Henry Kissinger.
Borden var dekorerade med röda tygservetter och gula rosor. Utanför demonstranter skrek framför byggnaden: "Shamme på den kinesiska regeringen".
Inuti rummet sade president Xi att han och president Obama hade båda "visat ett fast engagemang" för en ny modell för deras relation.
Han skålade för vänskapen mellan USA och Kina. De flesta reste sig - men inte alla. Människor klappade också, men inte särskilt entusiastiskt.
Barack Obama tackade Xi för att han infört ett system för handel med utsläppsrätter för att begränsa produktionen av växthusgaser.
Vita huset på fredag lade fram ett faktablad om USA: s och Kinas gemensamma nationella system för handel med utsläppsrätter som ska lanseras 2017.
Systemet "cap-and-trade" skulle innebära att kinesiska företag åläggs att släppa ut föroreningar utöver en viss nivå.
Kina sade att det skulle åta sig 3,1 miljarder dollar för att hjälpa utvecklingsländerna att minska koldioxidutsläppen, tillsammans med andra initiativ som beskrivs i faktabladet som skulle anpassa Kinas klimatarbete till USA:s.
Det fanns också områden där det rådde skarp oenighet.
Barack Obama uttryckte oro över de växande spänningarna i Sydkinesiska havet.
Och han kritiserade Kinas människorättsrekord och sade att det är ett hinder för Kina att leva upp till sin potential att hindra advokater, journalister och andra från att verka fritt.
USA:s president Barack Obama och Kinas president Xi Jinping har sagt att de kommer att vidta nya åtgärder för att ta itu med it-brottslighet.