Kvartet av Allison Schmitt, Leah Smith, Maya Dirado och Ledecky vann på en tid av sju minuter 43.03 sekunder, med Australien andra och Kanada tredje.
Amerika följde Australien men Ledecky, 200m och 400m freestyle mästare, övertog Tamsin Cook på sista benet.
Ta reda på hur du kommer in i simning med vår speciella guide.
Ledecky, 19 år, har nu vunnit fyra olympiska guldmedaljer under sin karriär.
Hennes första olympiska guld kom när hon vann 800m titeln som 15-åring i London 2012.
Ledecky kommer att försöka slutföra svepet när hon går i 800m värmer på torsdag, med finalen äger rum på fredag.
Prenumerera på BBC Sport nyhetsbrev för att få vårt tips på nyheter, funktioner och video skickas till din inkorg.
Katie Ledecky vann sitt tredje guld av Rio Games när hon guidade USA till seger i kvinnors 4x200m freestyle relä final.