Nederländaren kommer närmast från jobbet som förbundskapten för hemlandet, där han haft ansvaret sedan 2018.
57-åringen spelade själv i den katalanska klubben 1989 till 1995 och var assisterande tränare till Louis van Gaal i Barcelona 1998–1999. Som spelare sköt Koeman klubben till sin första Europacuptitel, föregångaren till Champions League, när han 1992 bombade in en frispark mot Sampdoria.
Tidigare har han tränat klubbar som Ajax, Valencia och Everton.
Kontraktet är skrivet till den 30 juni 2022 och klockan 18.00 kommer Barcelona att hålla en presskonferens.
Den nederländska tidningen Algemeen Dagblad rapporterade under tisdagen att Henrik Larsson är en seriös kandidat att hjälpa Koeman och bli en del av hans tränarstab.
Barcelona har även meddelat att Ramon Planes blir avgående Eric Abidals ersättare på sportchefsstolen.