Strafftullarna uppgick till motsvarande nästan 2 200 miljarder kronor och blev början till handelskriget mellan världens två största ekonomier.
Kinas handelsdepartement välkomnar utslaget. I en kommentar skriver departementet att det hoppas USA nu "agerar pragmatiskt och möter Kina och andra WTO-medlemmar på halva vägen".
USA å sin sida fördömer skiljenämndens beslut. Landet införde strafftullarna som ett svar på påstått industrispionage och missnöje med att statsägda kinesiska företag konkurrerar på ojämlika villkor.
"USA måste få försvara sig mot orättvis handelspraxis och Trumpregeringen kommer inte låta Kina utnyttja WTO för att sko sig på bekostnad av amerikanska arbetare, företag och jordbrukare", dundrar landets handelsrepresentant Robert Lighthizer i ett uttalande.
USA och Kina tecknade i januari ett nytt handelsavtal för att lösa det låsta läget. Enligt det avtalet ska USA inte höja några strafftullar mot Kina, i utbyte mot att Kina ökar sin import av amerikanska varor med 200 miljarder dollar jämfört med 2017 års nivåer.
Tisdagens utslag från WTO var trots det hett emotsett av flera andra länder som anmält USA för för landets höga tullar på bland annat stål och aluminium.