Utfallet från omröstningen visar att 95 procent sade nej till avtalet, och att 96 procent gav stöd för strejkåtgärder.
”Våra medlemmar talade högt och tydligt i kväll. Vi strejkar vid midnatt”, sade Jon Holden, ordförande för International Association of Machinists and Aerospace Workers District 751.
Boeing erbjöd arbetarna en ökning av lönen med 25 procent över de kommande fyra åren, inklusive åtaganden om att tillverka nästa kommersiella flygplan i Seattle-området. Fackets initiala krav var en höjning av lönerna med 40 procent.
Det nuvarande kontraktet förhandlades fram under 2008 efter en åtta veckor lång strejk.