Handelen må godkjennes av Nokias aksjonærer og myndighetene, ifølge nyhetsbyrået TT. Salgssummen tilsvarer 44 milliarder kroner, og handelen kan være gjennomført tidlig neste år.
Samtidig som planen ble offentliggjort natt til tirsdag norsk tid, opplyste Nokia at selskapets toppsjef Stephen Elop går av. Han blir midlertidig erstattet av styreleder Risto Siilasmaa.
– Vi mener at denne handelen er den beste veien framover for Nokia og aksjonærene, sier han.
– Et modig skritt
Avtalen innebærer at Microsoft får tilgang til Nokias patenter i en periode på ti år. Nokia ønsker selv å konsentrere seg blant annet om nettverksinfrastruktur.
– For Microsoft er dette et modig skritt inn i framtida og den neste store fase i vår forandring, sier det amerikanske selskapets toppsjef Steve Ballmer.
Om lag 32.000 Nokia-ansatte, av dem 4,700 i Finland, blir trolig overført til Microsoft.
Virksomheten som omfattes av salget, genererte inntekter på rundt 14,9 milliarder euro i fjor. Dette tilsvarer omtrent halvparten av selskapets nettosalg.
Forbigått
Finske Nokia var tidligere verdens største produsent av mobiltelefoner. I senere år har markedsandelen minket på grunn av økende bruk av smarttelefoner med berøringsskjermer.
Både Samsung og Apple har vokst seg større enn Nokia, som har måttet si opp ansatte på flere fabrikker. I fjor måtte selskapet erkjenne en nedgang i salget på nesten 20 prosent på årsbasis.
Nokia inngikk et partnerskap med Microsoft i 2011, og det finske selskapets telefoner bruker programvare utviklet av Microsoft.