Klockan 21:30 svensk tid framträdde Trump i Vita husets rosenträdgård för att kungöra sitt beslut. Framträdandet annonserades av presidenten själv på Twitter natten mot torsdagen, svensk tid.
– Vi drar oss ur, men ska förhandla för att se om vi kan få ett avtal som är rättvist, säger Trump.
Amerikanska medier, däribland Axios och CNN, har under dagen rapporterat att Trump skulle dra sig ur avtalet, med hänvisning till anonyma myndighetskällor.
USA har dock inte hoppat av klimatkonventionen.
LÄS MER: Trumps klimatexit ställer världen inför ett helt nytt läge
– USA ska inleda förhandlingar för att återinträda antingen i Parisavtalet eller en helt annan transaktion, på villkor som är rättvisa för USA, dess företag, dess arbetare, dess folk och dess skattebetalare, sade Trump i uttalandet.
– Parisavtalet är ytterligare ett exempel på hur Washington ingår avtal som missgynnar USA till andra länders fördel, fortsatte han.
Trump säger sig vara villig att sätta sig ned med demokraterna för att förhandla fram ett återinträde i avtalet, eller ett nytt avtal, på villkor som är rättvisa mot USA.
Han menar ändå att USA kommer ha världens renaste vatten och luft.
– Realiteten av att dra sig ur är i Amerikas intresse, och kommer inte att betyda så mycket för miljön, säger Trump.
LÄS MER: Punkt för punkt – här är avtalet
Att dra sig ur själva klimatavtalet kan ta tre år.
När han nu fullföljer beslutet tar Trump ett stort kliv mot att radera ut föregångaren Barack Obamas klimatpolitik.
LÄS MER: EU-ordföranden: Trump förstår inte Parisavtalets villkor
”Djupt beklagligt”
”Det skulle vara djupt beklagligt om USA bestämmer sig för att dra sig ur Parisavtalet. Det strider också mot det ledarskap som vi förväntar oss från USA när mänskligheten står inför stora utmaningar”, kommenterade klimatminister Isabella Lövin (MP) i ett skriftligt uttalande innan beskedet.
”Klimatutmaningen måste lösas gemensamt. Alla länder har ett ansvar att agera och utvecklade länder har ett särskilt ansvar att minska sina utsläpp och bidra till fattigare länders arbete”, fortsatte hon.
Under torsdagen publicerades också ett gemensamt brev från de nordiska statsministrarna, i vilket de uppmanade Trump att ”fatta rätt beslut” om avtalet.
LÄS MER: Nordiskt krav på Trump och Parisavtalet
Näst största utsläppslandet
Klimatexperter, regeringar och organisationer i flera länder har varnat för långtgående konsekvenser om ett så pass stort land som USA väljer att lämna. Och reaktionerna låter inte vänta på sig.
– USA är ju världens näst största utsläppsland (efter Kina) och när ett sådant land lämnar ett så viktigt avtal så ger det väldigt tråkiga och allvarliga signaler, säger Naturskyddsföreningens ordförande Johanna Sandahl.