Den amerikanske ambassadøren til Brasil er blitt kalt inn på teppet, og USA har fått beskjed om å levere en skriftlig forklaring innen utgangen av denne uken.
– Fra vårt synspunkt er dette en utillatelig og uakseptabel krenkelse av Brasils suverenitet, sier landets utenriksminister Luiz Alberto Figueiredo om den påståtte overvåkingen.
Både Brasils president Dilma Rousseff og den mexicanske presidenten Enrique Pena Nieto er angivelig blitt overvåket.
Også myndighetene i Mexico reagerer sterkt, og de har bedt USA etterforske påstandene.
I likhet med sin kollega i Brasília vil USAs ambassadør i Mexico bli kalt inn på teppet.
- Les også:
Før G-20-møtet
Rapporten om overvåkingen blir kjent samtidig som presidentene Rousseff og Nieto forbereder seg på å reise til G-20-landenes toppmøte St. Petersburg.
Der kommer de også til å møte president Barack Obama.
Den brasilianske presidenten skal etter planen også på statsbesøk til Washington i neste måned.
- Les også:
Artikkelen fortsetter under bildet.
Viser utdrag av e-post
Opplysningene om overvåkingen stammer fra dokumenter som den amerikanske varsleren Edward Snowden har lekket til pressen.
Et dokument fra den amerikanske etterretningsorganisasjonen NSA fra 2012 viser utdrag fra en skriftlig beskjed sendt fra Enrique Pena Nieto, ifølge den brasilianske TV-kanalen Globo. Senere samme år ble han valgt til president.
Et annet dokument fra NSA viser ifølge Globo kommunikasjonsmønstre mellom Brasils president Dilma Rousseff og hennes øverste rådgivere, uten at det her er gjengitt direkte sitater.
Globo skal ha fått tilgang til dokumentene via journalisten Glenn Greenwald, som i sin tur har fått dem fra Snowden.
Greenwald bor i Brasil, og hans samboer David Miranda, ble for to uker siden holdt tilbake av britiske myndigheter på Heathrow flyplass og avhørt i over ni timer.