FNs generalsekretær Ban Ki-moon var æresgjest i EU-parlamentet i Strasbourg da saken var oppe til behandling tirsdag.
EUs tilslutning til klimaavtalen fikk som ventet flertall.
– I dag har EU gått fra klimaambisjon til klimahandling. Parisavtalen er den første av sitt slag, og den hadde ikke vært mulig uten EUs innsats. Europa ligger i front, sier EU-kommisjonens president Jean-Claude Juncker.
Det er nå opp til EUs ministerråd formelt å fullføre og undertegne ratifikasjonen. Den skal deretter deponeres ved FNs hovedkvarter i New York. Det skal etter planen skje fredag.
Når EU deponerer sin ratifikasjon, har nok land sluttet opp om avtalen til at den kan tre i kraft.