Den kanadensiske popstjärnan kräver 20 miljoner dollar i skadestånd, motsvarande 186,5 miljoner kronor.
Stämningsansökan kommer sedan Bieber tidigare i veckan skrivit på Twitter att det är "en faktisk omöjligt" att han skulle ha förgripit sig sexuellt på en av kvinnorna 2014.
Kvinnan, som är anonym men kallar sig Danielle, skrev själv på Twitter i ett inlägg som senare har raderats att hon blev utsatt för ett övergrepp av artisten på ett hotellrum i Austin i Texas 2014.
Den andra kvinnan, som kallar sig Kadi, skrev även hon på Twitter att Bieber förgrep sig på henne på ett hotellrum i New York 2015.
I stämningsansökan står det att anklagelserna från de två kvinnorna är "skandalösa och fabricerade lögner".