– Jag är övertygad om att ditt besök till Kiev under de kommande dagarna hade varit en kraftfull signal som hade hjälpt att stabilisera situationen, sade Zelenskyj enligt Ukrainas presidentkansli.
Zelenskyj ska även ha bett om ytterligare militärt och ekonomiskt stöd, enligt en ukrainsk myndighetskälla med kännedom om samtalets innehåll, rapporterar CNN.
Från amerikanskt håll har man inte nämnt Zelenskyjs önskemål om en visit.
Sent på söndagskvällen (svensk tid) rapporterade amerikanska CBS på Twitter att tv-bolaget erfor att Bidenadministrationen förberedde sig på att inom 24 till 48 timmar ta hem samtlig amerikansk personal från den ukrainska huvudstaden Kiev.
Uppgiften har inte bekräftats.
När Vita huset tidigare under söndagen beskrev samtalet med Zelenskyj uppgav man att båda ledarna var överens om att sträva efter "diplomati och avskräckande medel" i hanteringen av Ukraina-krisen.
Biden ska också ha försäkrat Zelenskyj att "USA och dess allierade kommer att svara snabbt och bestämt på ytterligare rysk aggression mot Ukraina".
USA och EU har tidigare hotat med nya sanktioner om Ryssland attackerar Ukraina.
Pessimistisk ton
Ryssland har enligt amerikanska uppskattningar samlat omkring 130 000 soldater nära Ukrainas gräns. Ryska soldater spänner nu musklerna i militärövningar och mobiliseringar i tre väderstreck – norr, söder och öster om Ukraina. Det har ökat farhågorna om att en invasion kan vara nära förestående, vilket USA har varnat för.
Putin har avfärdat varningarna om en invasion som spekulationer med syfte att provocera.
I lördags gick telefonerna varma i ett försök att kyla ner krisen. Mest uppmärksamhet riktades mot samtalet mellan USA:s president Joe Biden och Rysslands dito Vladimir Putin, vilket uppges ha pågått i ungefär en timme.
John Kirby, talesperson för det amerikanska försvarsdepartementet Pentagon, slår an en pessimistisk ton när han beskriver samtalet – som "inte gav skäl till någon optimism".
– Det finns verkligen inga tecken på att saker och ting rör sig i rätt riktning. Det finns inga tecken på att herr Putin tänker trappa ned konflikten. Och det finns heller inte några tecken på att han vill ta den diplomatiska vägen framöver, sade han till Fox News, på söndagen.
Observatörer förflyttas
Det skärpta säkerhetsläget har fått en lång rad länder, däribland Sverige, att uppmana sina medborgare att lämna Ukraina.
Under söndagseftermiddagen meddelade Organisationen för säkerhet och samarbete i Europa (OSSE) att "vissa deltagande länder" har valt att dra tillbaka sina observatörer från Ukraina.
Enligt nyhetsbyrån Reuters har USA bett sina observatörer att lämna landet, medan Storbritannien har bett sina att lämna de landsdelar i Ukraina som styrs av ryskstödda separatister.
Sverige kommer dock inte att uppmana svenskar inom OSSE att lämna Ukraina, skriver UD i ett mejl till TT på söndagskvällen.
Volodymyr Zelenskyj manar till lugn och framhåller att panik är "den största fienden".
Ukraina kommer också att fortsätta hålla sitt luftrum öppet för internationell trafik, trots USA:s varningar om att en rysk attack kan ske när som helst.
"Luftrummet ovanför Ukraina förblir öppet och staten jobbar för att minska risker för flygbolag", skriver infrastrukturdepartementet.