Nest seguirá operando bajo el liderazgo del presidente ejecutivo Tony Fadell, un ex ejecutivo de Apple Inc, y con su propia identidad de marca, dijo Google.
La compra es la segunda más grande de la historia de Google, luego de la adquisición por 12.500 millones de dólares del fabricante de teléfonos móviles Motorola.
"Nest Labs parece estar enfocado en termostatos y alarmas de humo, pero no es difícil ver a Google expandir esta tecnología a otros aparatos con el tiempo", dijo Shyam Patil, analista de Wedbush.
"La automatización de hogares es una de las oportunidades más grandes cuando se habla de internet para todo y conectar todo. Esta adquisición avanza su estrategia al respecto", dijo.
Las acciones de Google subieron un 0,5 por ciento a 1.128,94 dólares en las operaciones tras el cierre del mercado regular el lunes.
Nest, que cuenta con Kleiner Perkins, Lightspeed Venture Partners, Google Ventures y Shasta Ventures entre sus inversionistas, emplea a una gran cantidad de diseñadores e ingenieros de firmas de Silicon Valley como Apple y Google.
La firma obtuvo muchos seguidores con su primer termostato - un aparato metálico redondo con una pantalla convexa que muestra la temperatura y cambia de color para combinar con la pared a la que se fija. También registra su uso y ocupa los datos para fijar temperaturas de calefacción y enfriamiento de forma automática.
La compañía de Palo Alto, en California, tenía 280 empleados en octubre.
El presidente ejecutivo de Google, Larry Page, elogió en un comunicado los actuales productos de Nest y los talentos de sus fundadores y dijo que Google estaba "entusiasmado de traer grandes experiencias a más casas en más países y cumplir sus sueños".
La operación, que se paga en efectivo, se cerraría en los próximos meses, quedando pendiente la aprobación de reguladores, indicó Google.