Standing Rock Sioux Tribe hyllade ett "historiskt beslut" och sade att det var "för evigt tacksam" till president Obama.
I stället kommer USA:s armékår av ingenjörer att titta på alternativa rutter, ett uttalande av kampanjdeltagarna sade.
Sioux har sedan april protesterat mot rörledningen som ligger nära ett reservat.
"Idag meddelade den amerikanska armékåren av ingenjörer att det inte kommer att bevilja lättnad att korsa sjön Oahe för den föreslagna Dakota Access Pipeline," stammens uttalande läst.
"I stället kommer kåren att göra en miljökonsekvensbeskrivning för att undersöka möjliga alternativa vägar."
Den multimiljarder dollar rörledningen, som löper nära Standing Rock Sioux indianreservatet, är nästan 1.900 kilometer lång.
Det är nästan komplett utom för sjösektionen.
Dakota Pipeline-stoppet förklarade
Sioux, tillsammans med andra indianer, motsätter sig rörledningen eftersom de fruktar att den kommer att förorena dricksvatten och köra över heliga begravningsplatser.
Hundratals amerikanska krigsveteraner gick med i aktivisterna förra veckan. Förkämparna, som har uppgått till tusentals, har uthärdat bittra temperaturer och hade blivit beordrade att lämna området till måndagen.
President-elect Donald Trump, som har haft aktier i Texas-baserade Energy Transfer Partners, projektets byggare, och Phillips 66, som äger en fjärdedel av rörledningen, har sagt att han stöder projektet.
Men han förnekar att hans politik är relaterad till något ekonomiskt intresse.
North Dakota Republikan representant Kevin Cramer sade arméns beslut uppgick till "en mycket kylande signal" för amerikansk infrastruktur.
North Dakota guvernör Jack Dalrymple kallade beslutet ett "allvarligt misstag".
Protesterna, på federal mark, har sett sammandrabbningar mellan demonstranterna och polisen.
Den amerikanska armén har beslutat att inte tillåta en oljeledning att passera under en reservoar på land som den kontrollerar i North Dakota i ett drag som lovordas av demonstranter.