Den republikanske guvernören Greg Gianforte skrev under lagen, som träder i kraft vid årsskiftet.
Användarna straffas inte, men det blir förbjudet att göra det möjligt att använda och ladda ned appen. Därmed riskerar exempelvis Google och Apple böter om Tiktok finns tillgängligt i deras digitala butiker i Montana.
Gianforte motiverar lagen med en oro att Tiktok ska lämna över känslig användarinformation till det kinesiska styret.
"Det är väldokumenterat att det kinesiska kommunistpartiet använder Tiktok för att spionera på amerikaner, kränka deras integritet och samla in deras personliga, privata och känsliga information", säger guvernören i ett uttalande.
Tiktok hävdar att lagen bryter mot yttrandefriheten – som skyddas i det första tillägget till USA:s konstitution – och den kommer med största sannolikhet överklagas.
Även rättighetsorganisationen ACLU är kritisk och skriver på Twitter att lagen är "ett övergrepp på rätten till yttrandefrihet för hundratusentals människor i Montana som använder appen".
Kinesiska företag är enligt lag skyldiga att bistå landets underrättelsetjänster och oron kring Tiktok handlar om Pekingregimen kan övervaka appens användardata och dra nytta av den. Kina har – liksom Tiktok – nekat till alla anklagelser.