Ambos estuvieron acompañados por el primer ministro belga, Alexander de Croo.
Biden llegó sobre las 11:00 hora local (13:00 hora GMT) al palacio y tuvo una pequeña charla con el monarca delante de los periodistas, antes de firmar el libro de invitados.
Después, el presidente de EE.UU., el rey y el primer ministro se retiraron a conversar en privado.
Biden se encontró con el rey Felipe en el marco de su primer viaje internacional, a Europa, desde que llegó a la Casa Blanca.
La gira comenzó el pasado día 9 en el Reino Unido, donde el mandatario tuvo ocasión de participar en la cumbre del G7 en Cornualles y fue recibido por la reina Isabel de Inglaterra, el domingo, en el castillo de Windsor.
Del Reino Unido se trasladó a Bélgica para asistir el lunes a la cumbre de líderes de la OTAN y para tomar parte este martes en una reunión con la UE.
Mañana, estará en Suiza, donde tendrá su esperado a cara con su homólogo ruso, Vladímir Putin.