Trump expressou as suas condolências e condenou o ataque, que matou 11 pessoas e deixou dezenas feridas. As autoridades russas informaram que estavam a investigar um "ato de terrorismo".
"O Presidente Trump ofereceu o apoio total do Governo dos Estados Unidos na resposta ao ataque e para trazer os responsáveis à justiça", disse a Casa Branca num comunicado sobre o telefonema.
"Tanto o Presidente Trump como o Presidente Putin concordaram que o terrorismo tem de ser rapidamente e decisivamente derrotado", acrescenta.
As explosões em São Petersburgo não foram ainda reivindicadas, no entanto o grupo Estado Islâmico apelou a ataques à Rússia em resposta à sua intervenção militar na Síria, onde combate os extremistas.
Na segunda-feira, num evento na Casa Branca, Trump descreveu o ataque como "uma coisa terrível".
O telefonema de Trump a Putin surge numa altura em que o Congresso norte-americano investiga a interferência russa nas eleições do ano passado.
Os serviços secretos norte-americanos alegam que Putin dirigiu uma campanha para influenciar as eleições dos Estados Unidos a favor de Trump.