Attackerna ägde rum i byn al-Lataminah i Hamah-provinsen i västra Syrien.
I en rapport slår organisationens experter fast att det var regimkontrollerade attackflygplan av modellen Suchoj Su-22 samt en helikopter som släppte bomberna med nervgasen.
"(Vi) konstaterar att det finns trovärdiga bevis för att sarin- och klorgas använts i al-Lataminah 2017 (...) samt att de bakom attacken var personer i det syriska flygvapnet", skriver organisationen i rapporten.
OPCW har i utgångsläget endast mandat att slå fast att en kemisk attack ägt rum, inte vem som ligger bakom. Utredarna är del av ett särskilt arbetslag inom organisationen som bildades 2018 just i syfte att avgöra vem som bär ansvaret.
Den syriska regimen och president Bashar al-Assad har genomgående förnekat användandet av kemiska vapen, vilket allierade Ryssland ställt sig bakom.
Rapporten kommer i ett nästa steg att tas till FN:s säkerhetsråd, där Ryssland har vetorätt.
Rättad: I en tidigare version av texten förekom en felaktig uppgift om när OPCW grundades.