Kritik terhadap Saudi berkembang sejak penulis terkenal itu terbunuh saat mengunjungi konsulat Saudi di Istanbul di Turki pada 2 Oktober.
Sebelum pemungutan suara itu, Menteri Luar Negeri AS Mike Pompeo dan Menteri Pertahanan Jim Mattis muncul di muka Senat untuk mempertahankan posisi AS di Yaman.
Pompeo dan Mattis mendesak para Senator untuk tidak mendukung mosi itu, dengan mengatakan itu akan memperburuk situasi di Yaman.
Para Senator AS, yang bertemu dalam sesi tertutup untuk membahas hubungan Saudi-AS, juga mengecam keras ketidakhadiran Direktur CIA Gina Haspel pada sidang mereka.
Haspel sudah mendengar rekaman pembunuhan Khashoggi yang diberikan oleh Turki dan mempelajari bukti dalam kasus tersebut. Seorang senator menggambarkan ketidakhadirannya untuk "menutup-nutupi" kasus itu.
Suara Senat itu dipandang sebagai teguran terhadap Presiden Donald Trump yang menggambarkan Saudi sebagai sekutu penting dan menolak seruan sanksi terhadap kepemimpinan kerajaan.
Pekan lalu, Trump menolak laporan CIA yang menyebut Putra Mahkota Saudi Mohammed bin Salman memerintahkan pembunuhan Khashoggi.