Det första skalvet hade magnitud 7,2. Det andra magnitud 7,5.
De inträffade vid midnatt, lokal tid, inom en minut på platser omkring 45 kilometer ifrån varandra utanför Morón vid Venezuelas kust. Båda skalven var relativt grunda. De hade djup på drygt 20 respektive 10 kilometer. Fler än 20 efterskalv har därefter drabbat landet, enligt USGS.
Skalven ska ha känts i mängder av städer, som Trujillo, Yaracuy, Carabobo, Aragua, Miranda, Caracas och La Guaira.
Bilder från katastrofområdet visar stor förstörelsen. Människor går runt bland rasmassor efter byggnader, elstolpar, träd och annat som har rasat. Där syns även räddningstjänst och medicinsk personal som letar i bråtet.
Mellan 10 000 och 100 000 människor befaras ha omkommit enligt USGS beräkningsmodell, skriver Reuters. Några officiella dödssiffror har ännu inte bekräftats av myndigheterna.
Uppgifter om antalet skadade eller saknade personer finns inte heller ännu.
– Till dem som olyckligtvis har förlorat en familjemedlem vill vi framföra vårt djupaste deltagande, säger interimspresidenten Delcy Rodríguez i ett tv-sänt tal.
Hon uppmanade också till lugn bland befolkningen och bad sjukvårdspersonal att ta sig till sjukhus för att kunna hjälpa de skadade.
Jordbävningarna är några av de starkaste som drabbat Venezuela på århundraden.
Flera vittnen beskriver skräcken. En av dem befann sig utanför ett köpcentrum i huvudstaden Caracas när skalven inträffade.
– Trapporna försvann och hela väggen sprack. Saker föll från taket. Det var hemskt, säger personen till The Guardian.
Folk skrek i panik när de flydde från byggnaden.
– Marken skakade kraftigt och ett djupt mullrande hördes, säger ett annat vittne till tidningen.
Ett nationellt nödläge har utlysts. På flera håll råder strömavbrott, på andra har elen stängts av på grund av säkerhetsskäl. Skolor håller stängt under dagen och landets största flygplats, Simón Bolívar-flygplatsen i La Guaira, har stängt på grund av omfattande skador. Även tunnelbanor och tåg har ställts in.
– Vi har byggnader, hem och bostadshus som har kollapsat och vi hanterar situationen med allt vi har tillgängligt när det gäller säkerhet och civilt stöd, säger inrikesministern Diosdado Cabello.
Flera länder har erbjudit sig att hjälpa Venezuela med krisarbetet. Bland dem finns USA.
”De två stora jordbävningarna som just drabbat det venezuelanska folket är båda enorma till sin omfattning och har orsakat ett förödande stort antal dödsfall”, skriver presidenten Donald Trump på Truth Social.
Han har instruerat myndigheter att snabbt kunna agera om Venezuela vill ha hjälp.
”Vi kommer att finnas där för våra nya och goda vänner. De första rapporterna ser inte bra ut!” skriver Trump.