Avtalen ble signert under Pakistans statsminister Shehbaz Sharifs besøk i Saudi-Arabia.
Avtalen kommer etter økt spenning i regionen, blant annet etter det israelske luftangrepet i Qatars hovedstad 9. september, der seks mennesker ble drept.
– Ethvert angrep på ett av landene skal betraktes som et angrep på begge, heter det i uttalelsen fra Pakistans utenriksdepartement.
I erklæringen understreker de to landene sin forpliktelse til sikkerhet for begge parter samt «fred i regionen og i verden».
Avtalen skal «utvikle forsvarssamarbeidet mellom de to landene og styrke felles avskrekking mot ethvert angrep», ifølge uttalelsen.
Pakistan har tette bånd til Saudi-Arabia, som er en viktig leverandør av olje til Islamabad.