Frågan rör den lag som tvingar transpersoner att använda toaletter och omklädningsrum som stämmer överens med det kön de föddes till.
North Carolina antog lagen den 23 mars trots massiva protester. Många artister har bojkottat spelningar i delstaten på grund av lagen.
På måndagen valde först delstatens guvernör Pat McCrory att stämma det amerikanska justitiedepartementet för att därmed försöka skydda lagen juridiskt.
USA:s justitieminister Loretta Lynch svarade med att stämma delstaten för diskriminering.
– Den här lagen handlar om mycket mer än badrum, sade Lynch efter att ha lämnat in stämningen.