”Det är troligt att det finns många offer och omfattande skador och att katastrofen är utbredd”, uppger USGS.
Inga dödsfall har än så länge bekräftats, men landets inrikesminister Diosdado Cabello uppger att personer skadats.
Den första jordbävningen hade magnituden 7,2, den andra hade magnituden 7,5. De skedde båda inom en minut på platser som låg 45 kilometer från varandra utanför Morón, som ligger vid Venezuelas kust. De hade ett djup på 22 respektive tio kilometer, enligt USGS. Fler än 20 efterskalv har drabbat landet, enligt president Rodríguez.
– Vi uppmanar vår befolkning att behålla lugnet. Vi uppmanar till enighet, säger Delcy Rodríguez under ett kort tal till nationen sent under onsdagen, lokal tid.
Evakuerade byggnader
Hon uppmanar även alla som arbetar inom sjukvården att ta sig till sjukhus för att hjälpa dem som skadats.
Jordbävningarna är bland de starkaste som drabbat Venezuela på mer än ett århundrade.
Människor i Caracas har evakuerat byggnader och hem som svajade. Många var tydligt chockade då de såg hela väggar som kollapsat och det gick att se möbler från gatorna. I ett shoppingcenter i staden började människor skrika. En 22-våningsbyggnad är helt förstörd, enligt en AFP-journalist.
Varning: Allvarliga situationer
Landets främsta flygplats har stängts efter allvarliga skador från jordbävningarna. President Delcy Rodríguez har också utlyst ett nödläge, och skolan är inställd.
Inrikesminister Diosdado Cabello varnar för allvarliga situationer med kollapsade hem i Altamira i Caracas, och uppmanar folk att stanna utomhus.
Jordbävningarna kändes även i Colombia, och märktes av så långt bort som i Colombias huvudstad Bogotá. Där hördes larm och vissa invånare evakuerade byggnader som en säkerhetsåtgärd.