Affären är Buffetts största på tre år, när man förvärvade försäkringsbolaget Alleghany för 11,6 miljarder dollar.
Occidental planerar att använda 6,5 miljarder dollar från summan till att betala ner sina skulder.
”Vi ser fram emot att välkomna OxyChem som ett operativt dotterbolag inom Berkshire”, säger Greg Abel, vice ordförande för icke-försäkringsverksamheten på Berkshire och som ersätter Buffett som vd för Berkshire efter årsskiftet.
Wall Street Journal var först att rapportera om den förestående affären.
Berkshire är också storägare i Occidental med 28,2 procent av aktierna. Köpet av OxyChem sker när investeringsjätten sitter på rekordstora kassareserver.