I filmen kan en del kenyanska soldater ses bära vita shoppingväskor, medan andra tycks ta vita lådor från en mobiltelefonbutik.
Minst 67 personer dog när misstänkta militanter från al-Shabab stormade köpcentret i Nairobi den 21 september.
Den kenyanska militären säger att den utreder plundringsanklagelserna.
Nyhetsbyråer säger att övervakningsbilderna är tagna inne i ingången till Westgate köpcentrets Nakumatt stormarknad, som säljer allt från mat till TV-apparater.
I en del av filmen, flera soldater ses gå ut ur snabbköpet, förbi en blodstänkt golv, bär plast bärkassar.
I ett annat klipp kan man se kenyanska soldater bredvid ett mobiltelefonuttag.
Hjältar av attack
Anfallsoffer
Man sträcker sig över disken och tar tydligen bort ett vitt föremål.
Sedan tar fler soldater bort vita föremål, som nyhetsbyrån Reuters beskriver som mobiltelefoner.
Westgateattacken utlöste en fyra dagar lång belägring där stora delar av köpcentret förstördes.
Den kenyanska militären säger att den har inlett en utredning om plundringsanklagelserna, som korrespondenterna säger kommer att ha förargat många kenyaner.
Under helgen hade Kenyas största säljande tidning, The Nation, en artikel med titeln "Shamme of olders plundring Westgate".
Filmen av den påstådda plundringen dök upp när de kenyanska myndigheterna meddelade att de hade hittat kroppen av vad de anser vara en fjärde angripare.
"Idag, söndag 20 oktober 2013, hittade vi en fjärde kropp, som vi vet från CCTV-filmer att vara en terrorist," sade den kenyanska inrikesministern, Joseph Ole Lenku.
"DNA och andra undersökningar kommer att bekräfta deras identitet. Vi har också hittat fyra AK47-gevär som vi vet användes av terroristerna i attacken. Vi hittade också 11 tidningar om AK47:s överfallsgevär."
Från början hade polisen sagt att 10 till 15 beväpnade män var inblandade, men övervakningsbilderna visar bara fyra militanter.
Det är fortfarande oklart om några av angriparna kan ha rymt.
Den somaliska militanta gruppen al-Shabab sade att dess medlemmar iscensatte attacken som svar på Kenyas armé som utförde operationer på somaliskt territorium.
Förra veckan avslöjade BBC:s Newsnight-program att en av de misstänkta angriparna tros vara en 23-årig norsk medborgare, Hassan Abdi Duhulow.
Hans familj flydde till Norge på 1990-talet, men han återvände till Somalia 2009 och påstod sig ansluta sig till den somaliska militanta gruppen.
Källor i al-Shabab har berättat för BBC:s somaliska avdelning att Duhulow deltog i ett träningsläger i El Bur i centrala Somalia, en av militanternas huvudbaser.
Källorna sade att Dhuulow deltog i många al-Shabab operationer i Mogadishu och Kismayo och var välkänd i jihadistiska kretsar.
Det har dykt upp övervakningsbilder som visar kenyanska säkerhetsstyrkor som plundrar varor under förra månadens belägring av Westgate-gallerian.