Vita huset och den statliga avdelningen sade planer för upp till 300 nya hem och en industrizon minskade utsikterna för en tvåstatslösning på den israelisk-palestinska konflikten.
Israel insisterade på att färre än 100 hem hade godkänts.
Dess utrikesdepartement sade att de nya bostäderna skulle byggas inom området för en befintlig bosättning.
Palestinska befrielseorganisationen (PLO) generalsekreterare Saeb Erekat sade medan palestinier välkomnade Washingtons kritik, de förväntade sig att det "att vidta verkliga åtgärder".
"Efter nästan 50 år av systematisk israelisk kolonisering och krigförande militär ockupation av staten Palestina, måste USA genomföra de nödvändiga verktygen för att avsluta israeliska bosättningar, bland annat genom FN:s säkerhetsråd, avsluta finansieringen till Israel, och sluta finansiera bosättningar genom USA-baserade organisationer som underblåser våld och diskriminering mot palestinier", sade han.
Omkring 570.000 israeler lever i mer än 100 bosättningar som byggts sedan Israels ockupation av Västbanken och östra Jerusalem 1967. Bosättningarna betraktas som olagliga enligt internationell rätt, även om Israel bestrider detta.
I juli varnade världsmakterna för "fortlöpande ockupation och konflikt" mellan israeler och palestinier.
"Den israeliska regeringens åtgärder för att tillkännage denna lösning undergräver strävan efter fred", sade Vita huset talesman Josh Earnest.
Delstatens talesman Mark Toner sade att den nya uppgörelsen skulle vara "ett annat steg mot att befästa en verklighet av evig ockupation" som "ytterligare skulle ifrågasätta Israels åtagande att uppnå en förhandlad fred".
Det var "djupt oroande", sade Toner, eftersom Israel hade tillkännagett det så snart efter att USA förra månaden samtyckte till ett tioårigt militärt biståndspaket på 38 miljarder dollar (30 miljarder pund) för landet.
Israels utrikesministerium sade dock att de nya enheterna inte utgjorde en "ny bosättning".
"Detta boende kommer att byggas på statlig mark i den befintliga bosättningen av Shilo och kommer inte att ändra sin kommunala gräns eller geografiska fotavtryck," ett uttalande sagt.
"Det verkliga hindret för fred är inte bosättningarna - en slutlig fråga som kan och måste lösas i förhandlingar mellan parterna - utan det ihållande palestinska förkastandet av en judisk stat inom alla gränser", tillade man.
Palestinierna vill ha en självständig stat på Västbanken och i Gaza med östra Jerusalem som huvudstad, och säger att bosättningar gör detta omöjligt.
USA har "starkt fördömt" Israel för att ha godkänt planer för nybygge av bosättningar på den ockuperade Västbanken.