Efter ett brådskande möte i New York sade rådet att det snart skulle anta en ny sanktionsresolution som svar.
Pyongyang sa att den avfyrade raketen för att placera en satellit i omloppsbana - men kritiker tror att det verkliga syftet var att testa en ballistisk missil.
Söndagens lansering kommer veckor efter Nordkorea höll ett fjärde kärnvapenprov - båda akterna bryter mot FN: s resolutioner.
Venezuelas FN-sändebud Rafael Ramirez, rådets nuvarande ordförande, talade efter de stängda samtalen och sade: "Medlemsstaterna i säkerhetsrådet fördömer kraftfullt denna uppskjutning."
Han kallade det "ett allvarligt brott mot säkerhetsrådets resolution".
USA: s ambassadör till FN Samantha Power sa att Washington nu skulle "säkerställa att säkerhetsrådet inför allvarliga konsekvenser" för Pyongyang.
"Det kan inte vara någon affär som vanligt", sade hon, och tillade att "vi kommer att komma på något tufft".
Málaga Powers ord upprepades av det japanska sändebudet Motohide Yoshikawa, som sade att sanktionerna måste stärkas.
"De befintliga sanktionerna har inte stoppat Nordkorea från att utveckla kärnvapen", sade han.
Mötet i rådet begärdes av Sydkorea, Japan och USA.
Nordkorea satellituppskjutning - världsreaktion
Varför sköt Kim en raket nu?
Uppskjutningen av raketen hyllades av nordkoreanska medier som en "fascinerande ånga... som spårade i den klara och blå himlen under våren i februari på tröskeln till den lysande stjärnans dag".
Enligt ett uttalande hade en ny jordobservationssatellit, Kwangmyongsong-4, framgångsrikt placerats i omloppsbana mindre än 10 minuter efter avfärd från Sohae rymdcentrum i norra Phyonganprovinsen.
Som en del av landets fredliga rymdprogram sa en statlig nyhetsläsare att uppskjutningen hade beställts av Nordkoreas ledare Kim Jon-un och fler satellituppskjutningar planerades för framtiden.
Sydkoreanska parlamentsledamöter fick veta av landets spionbyrå senare på söndagen att uppskjutningen skulle behandlas som ett ballistiskt missiltest - som satelliten den satte i omloppsbana skulle vara värdelös.
nyttolasten antogs väga 200kg (440lbs), dubbelt så stor som den som lanserades 2012, men mycket lättare än de 800-1 500kg som vanligt för en satellit.
Parlamentsledamöterna fick också höra att Nordkorea hade tekniken för interkontinentala ballistiska missiler och höll på att förbereda ett femte kärnvapenprov.
Nordkorea avfyrade senast en långdistansraket 2012 för att sätta, vad det sa var, en kommunikationssatellit i omloppsbana. Men experter säger att ingen signal någonsin har upptäckts.
FN:s säkerhetsråds resolutioner förbjuder staten att utföra kärnvapen- eller ballistiska missiltester.
Nord kräver att rymdprogrammet är rent vetenskapligt till sin natur, men USA, Sydkorea och till och med Kina säger att raketuppskjutningarna syftar till att utveckla interkontinentala ballistiska robotar.
Nordkoreas missilprogram
Hur starka är hoten?
Isolerade länders kärnvapenprov
En världsledare i dramatisk retorik
FN:s säkerhetsråd har starkt fördömt Nordkoreas uppskjutning av en långdistansraket.