Den sällsynta Tyrannosaurus bataar, 7m lång (23ft), köptes av en anonym budgivare för mer än $ 1m (Â £ 630,000) i New York.
Försäljningen fortsatte trots protester från den mongoliska presidenten.
Elbegdorj Tsakhia säger skelettet, som grävts fram i Gobiöknen, kom från Mongoliet och att export fossil som finns i landet är olagligt.
Auktionsförrättarna, Heritage Auktioner, säger att exemplaret importerades lagligt. Ett besöksförbud i den mongoliska ledarens namn lades på försäljningen.
Tyrannosaurus bataar är en asiatisk kusin till köttätande Tyrannosaurus rex.
Skelettet i New York anses vara ett av de mest kompletta och välbevarade någonsin upptäckta, säger BBC: s Jonathan Blake i Washington.
"När det gäller dinosaurier, nummer ett, dinosaurier i allmänhet är extremt sällsynta. Men den sällsyntaste av dinosaurierna är köttätarna, köttätarna - toppen av näringskedjan om du vill," David Herskowitz, chef för naturhistoria på Heritage Auktioner, berättade APTV.
"Och, av alla köttätare som finns där ute, de mest kända är Tyrannosaurids. De är de mest önskvärda, men de är de mest svårfångade. De är svårast att hitta. Även om de är så stora, finns det inte så många av dem runt."
Hittades för omkring sju år sedan i Gobiöknen, stannade T. bataar i lager i England.
T. bataar var något mindre och hade längre armar än sin kusin, sade Herskowitz.
Detta är den andra Tyrannosaurid som säljs på auktion, säger Herskowitz. Den första var en T. Rex vid namn Sue som såldes 1997 för mer än 8 miljoner dollar.
Advokater för auktionshuset säger att försäljningen inte bröt mot några amerikanska lagar - men det kommer inte att bekräftas förrän det har godkänts av en amerikansk domstol.
En rad har brutit ut över försäljningen av ett dinosaurieskelett på auktion i USA.