Efter två dagars hetsig debatt röstade 79 ledamöter ja till överenskommelsen. 41 röstade nej.
Avtalet innebär att iranier som dömts för brott i Belgien ska kunna begära att få avtjäna sitt straff i Iran, och vice versa.
Både exiliranier och belgisk opposition oroar sig för att en iransk diplomat, som 2021 dömdes till 20 års fängelse för terrorism i Belgien, nu kommer att utlämnas till Iran.
Mannen dömdes tillsammans med tre andra för att ha planerat ett bombdåd mot ett iranskt oppositionsmöte utanför Paris i juni 2018. Han jobbade då på Irans ambassad i Wien i Österrike.
Enligt domstolen i Antwerpen ska han ha agerat på uppdrag av den iranska underrättelsetjänsten.
Iran har reagerat med ilska på domen och krävt att Belgien ska erkänna mannens diplomatiska status och släppa honom.
I februari greps en belgisk hjälparbetare i Iran och den belgiska regeringen har kritiserats för att böja sig för iransk utpressning genom att lägga fram lagförslaget. Men premiärminister Alexander de Croos har argumenterat för att överenskommelsen är det enda sättet att få hem hjälparbetaren på.
Det har tidigare pratats om en möjlighet att den svensk-iranske KI-forskaren Ahmedreza Djalali, som tillfångatagits av Iran och riskerar avrättning, kan inkluderas i en eventuell fångutväxling mellan Iran och Belgien, eftersom Djalali tidigare arbetat i Belgien.