Jason Dunham är en Aegis-jagare och ingår i en flottilj av amerikanska krigsskepp som skickats till regionen de senaste veckorna.
Pentagon säger att insatsen syftar till att slå mot kriminella organisationer och "narkoterrorism".
Det är oklart om det amerikanska fartyget vidtog några åtgärder under flygningen.
Efter CBS News publicering bekräftade försvarsdepartementet i ett inlägg på X att två venezuelanska flygplan ”flög nära ett amerikanskt örlogsfartyg på internationellt vatten”.
”Detta mycket provokativa drag var utformat för att störa våra operationer mot narkoterrorism”, skrev departementet.
”Kartellen som styr Venezuela avråds starkt från att försöka hindra, avskräcka eller störa de antinarkotika- och antiterroroperationer som den amerikanska militären genomför.”
De amerikanska fartygen skickades mot Venezuelas kust sedan president Trump lovat att slå ner hårdare mot knarkkarteller.
Samtidigt är USA:s så kallade krig mot "narkoterrorism" ett sätt att skapa konflikt med Venezuelas president Nicolás Maduro, som USA betraktar som en Kreml-allierad bråkstake i regionen.
Trumpadministrationen har anklagat Maduro för att samarbeta med knarkkarteller för att smuggla droger till USA.
Belöningen för Maduros gripande har nyligen fördubblats till 50 miljoner dollar. Maduro har nekat till anklagelserna och kallade tidigare i veckan de amerikanska fartygen för ett ”kriminellt och blodigt hot”.
Venezuela har svarat med att skicka ut drönare och örlogsfartyg längs kusten.
I tisdags uppgav den amerikanska militären att man slagit ut en båt med narkotika på väg från Venezuela. Enligt Trump och utrikesminister Marco Rubio dödades elva personer ombord som beskrivs som medlemmar i den venezuelanska gängorganisationen Tren de Aragua.
