Budet på 17,28 pund per aktie slog det tidigare erbjudandet från amerikanska 21st Century Fox, som hoppats på att ta över Europas största betal-tv för 15,67 pund per aktie.
Det innebär att Comcast, som bland annat äger NBC och produktionsbolaget Universal Pictures, nu är villiga att punga ut 40 miljarder dollar för det brittiska företaget.
Med Sky i portföljen kommer amerikanska Comcast bli störst i världen vad gäller betal-tv.
- Det här är en stor dag för Comcast. Förvärvet innebär att vi på ett snabbt, effektivt och meningsfullt sätt kan öka vår kundbas och expandera internationellt, sade Comcast vd Brian Roberts i samband med budgivningen.
Det vinnande budet omintetgör konkurrentens grundare Rupert Murdochs långtgående ambitioner om att kontrollera Sky, ett bolag som Fox redan har ett betydande ägande i.
En annan förlorare är underhållningsjätten Disney som troligtvis i slutändan hade blivit huvudägaren av Sky ifall Fox lagt det högre budet. Detta sedan Disney gått med på att betala 71 miljarder dollar för stora delar av Fox produktionsbolag, inklusive de 39 procent som bolaget har i Sky.
Aktieägarna i Sky har nu fram till den 11 oktober på sig att acceptera Comcasts bud.