Anklagelserna mot den 73-årige Victor Manuel Rocha "avslöjar en av de mest omfattande och mest långvariga infiltrationerna av USA:s regering av en utländsk agent", säger justitieminister Merrick Garland i ett uttalande.
Ex-ambassadören anklagas för att ha ägnat sig åt "hemlig aktivitet" å Kubas vägnar sedan åtminstone 1981, bland annat genom att ha träffat kubansk underrättelsetjänst och tillhandahållit falsk information till amerikanska regeringstjänstemän.
Rocha uppges ha erkänt sina aktiviteter för en hemlig FBI-agent som utgett sig för att vara en kubansk agent. Enligt departementet ska Rocha konsekvent ha hänvisat till USA som "fienden" och använde termen "vi" för att beskriva sig själv och Kuba.