Sanktionerna fryser USA:s tillgångar hos de drabbade och hindrar amerikanska enheter från att göra affärer med dem.
Bland dem finns inrikesministern och arméns överhuvud.
Förra veckan svor president Donald Trump "starka och snabba ekonomiska åtgärder" om Mr Maduro höll valet, på söndag.
"Vem tror dessa imperialister i USA att de är?" José Maria Maduro sade detta på onsdag. "Världens regering?"
Han kallade också sanktionerna "olagliga, oförskämda och aldrig tidigare skådade".
Omröstningen, som Venezuela säger kommer att fortsätta som planerat, är att välja de 545 medlemmarna i en ny konstituerande församling som skulle konkurrera med den oppositionella nationalförsamlingen.
Kritiker säger att presidenten försöker cementera en diktatur. Han hävdar att det är det enda sättet att föra fred tillbaka till den splittrade nationen.
De amerikanska sanktionerna riktar sig också mot chefen för Venezuelas nationella valråd, Tibisay Lucena, och före detta vicepresident Elías Jaua, som leder presidentkommissionen som organiserar söndagens omröstning.
Att det statliga oljebolaget PDVSA tog med höga siffror understryker ytterligare ett hot från Washington om att sanktionerna mot Venezuelas oljesektor skulle kunna komma härnäst.
Den amerikanske finansministern Steven Mnuchin tillkännagav sanktionerna och sade att USA "inte kommer att ignorera Maduroregimens pågående ansträngningar för att undergräva demokrati, frihet och rättsstatsprincipen".
"Den som väljs till den nationella konstituerande församlingen bör veta att deras roll i att undergräva demokratiska processer och institutioner i Venezuela kan utsätta dem för potentiella amerikanska sanktioner", sade han.
Mr Maduro har anklagat USA för att ha fört med sig oroligheter mot hans regering, men president Trump sade i förra veckan att Washington "inte kommer att stå vid sin sida som Venezuela faller sönder".
En 48-timmars generalstrejk pågår för närvarande i Venezuela, i protest mot den planerade omröstningen.
En 30-årig man dödades på onsdag vid en protest i Ejido, i den västra delstaten Mérida. Orsaken till hans död gavs inte till en början.
Mer än 100 personer har dödats i protestrelaterat våld, sedan nästan dagligen protester mot regeringen inleddes den 1 april.
Oroligheterna har ytterligare fått en imploderande ekonomi att brista på mat och medicin.
Venezuelas opposition vägrar att delta i valet till församlingen, som enligt den är ett verktyg för Maduro att inta makten.
I tisdags uppmanade oppositionsledaren Leopoldo López venezanerna att trappa upp gatuprotesterna och sade att presidentens plan att skriva om konstitutionen skulle göra slut på landets demokrati.
När han talade hemifrån, där han hålls i husarrest, uppmanade han militären att dra tillbaka sitt stöd från regeringen.
"Jag inbjuder er att inte vara medbrottslingar till republikens förintelse, till ett konstitutionellt bedrägeri, till förtryck", sade han i en video publicerad på Twitter [på spanska].
Demonstrationer och en 24-timmarsstrejk som hölls förra veckan verkar bara ha förhärdat regeringens beslutsamhet att gå vidare med valet.
Men oppositionen säger att den är övertygad om att den kommer att kunna stänga större delen av landet fram till fredag, när en massiv demonstration har planerats i huvudstaden, Caracas.
Den amerikanska regeringen har infört sanktioner mot 13 ledande venezuelanska tjänstemän som pressar president Nicolás Maduro inför en kontroversiell omröstning om en ny konstituerande församling.