Kina Nuclear Industry Huaxing Construction bötfälldes 3 miljoner dollar (1,9 miljoner pund), sade det amerikanska justitiedepartementet.
USA har begränsat kärnrelaterad export till Pakistan sedan landets detonation av en kärnladdning 1998.
Det är första gången ett kinesiskt företag erkänner skuld i ett amerikanskt kriminellt exportfall.
Nanjing-baserade Huaxing medgav att anklagelser att det konspirerade för att skeppa epoxybeläggning genom Kina till Pakistans Chashma II kärnkraftverk i 2006 och 2007.
Huaxing var att bygga platsen som en del av en nukleär samarbetspakt undertecknat mellan Pakistan och Kina.
Ett kinesiskt dotterbolag till det företag som gjorde ytbehandlingen, PPG Industries, erkände sig skyldig i samma undersökning 2010.
Ett kinesiskt statligt knutet företag har erkänt sig skyldig till olaglig export av högpresterande ytbehandlingar från USA till ett kärnkraftverk i Pakistan.