Det aktuella embargot mot Iran gäller traditionella vapen och upphör den 18 oktober, enligt en överenskommelse som är en del av det internationella kärnenergiavtal som slöts 2015 med Iran.
USA, som drog sig ur avtalet i maj 2018, vill att sanktionerna förlängs på obestämd tid. Men i en omröstning i FN:s säkerhetsråd fick landet endast stöd från Dominikanska republiken.
Ryssland och Kina emot
Ryssland och Kina motsatte sig en förlängning, medan övriga elva länder, däribland USA:s allierade Frankrike, Tyskland och Storbritannien, avstod från att rösta.
"Säkerhetsrådets underlåtenhet att agera beslutsamt för att försvara internationell fred och säkerhet är oförlåtligt," säger USA:s utrikesminister Mike Pompeo i ett uttalande.
Irans president Hassan Rouhani såg utgången i omröstningen som en seger för landet, och passade på att kritisera USA:
– Aldrig har USA varit så isolerat. Dagen kommer att minnas i Iran och i världshistorien som en dag då global arrogans bekämpats, säger han.
Iran har hävdat att landet har rätt till självförsvar och att en förlängning av vapenembargot skulle innebära slutet på kärnenergiavtalet.
I avtalet, som förhandlades fram av den dåvarande amerikanske presidenten Barack Obama, åtar sig Iran att begränsa sin kärnenergiverksamhet i utbyte mot bland annat lättade sanktioner.
Men sedan den nuvarande amerikanske presidenten Donald Trump drog sig ur avtalet 2018 och införde nya sanktioner, har Iran tagit små, men upptrappade steg, bort från överenskommelsen.
Videotoppmöte föreslås
Efter att säkerhetsrådet nu har stoppat en förlängning av vapenembargot kan USA genom en bestämmelse i kärnenergiavtalet försöka tvinga sig till att alla FN:s sanktioner mot Iran återinförs.
"De kommande dagarna kommer USA att gå vidare med löftet att inte låta något stå i vägen för en förläning av vapenembargot", skriver USA:s FN-ambassadör Kelly Craft i ett uttalande.
Rysslands president Vladimir Putin föreslog under fredagen att ett videotoppmöte ska hållas mellan USA och de återstående parterna i kärnenergiavtalet, Storbritannien, Frankrike, Kina, Tyskland och Iran, för att undvika en fortsatt konfrontation och upptrappning i FN gällande Iran.
"Det här är en brådskande fråga", säger Putin i ett uttalande.