De två före detta amerikanska soldaterna anklagas formellt för terrorism, komplott, olaglig handel med krigsvapen samt delaktighet i ett kriminellt nätverk.
De riskerar upp till mellan 25 och 30 års fängelse, enligt riksåklagaren.
Regeringen har sagt att åtta personer dödades då landets militär och polis stoppade en grupp legosoldater som försökte ta sig in i Venezuela vid hamnstaden La Guaira, nära Caracas internationella flygplats, tidigt i söndags morse.
Samtidigt greps 13 personer, däribland de två amerikanska medborgarna, som sedan har framträtt i statlig tv och under oklara former erkänt inblandning i operationen.
Venezuela ger USA och oppositionsledaren Juan Guaidó skulden för "invasionen", som de påstås ha iscensatt i syfte att bana väg för en statskupp. Något som bestämt har förnekats av både Guaidó och USA:s regering.