Biden flögs i helikoptern Marine One från 10 Downing Street i centrala London där han träffat premiärminister Rishi Sunak till slottet Windsor – där han togs emot med militär hedersvakt.
Mötet mellan presidenten och kungen är det första sedan Charles formellt kröntes till statschef i maj. Då uteblev Biden och skickade istället sin fru Jill till ceremonin.
Under måndagens möte diskuterades klimatfinansiering och ett ökat stöd till utvecklingsländer för att minska koldioxidutsläppen.
Kung Charles är en sedan länge inbiten miljökämpe och Biden betraktar honom som en "tydlig röst" när det kommer till klimatförändringarna, sade USA:s nationella säkerhetsrådgivare Jake Sullivan inför statschefernas möte.